倾角传感器敏感头结构、制作工艺及其信号处理电路制造技术

技术编号:12228338 阅读:84 留言:0更新日期:2015-10-22 04:24
本发明专利技术公开了一种倾角传感器敏感头结构、制作工艺及其信号处理电路,该倾角传感器敏感头结构包括:铍铜振动元件,设置于上述敏感头结构的中间层,包括:铍青铜外框,铍青铜弹性梁,铍青铜质量块,其中,上述铍青铜质量块通过上述铍青铜弹性梁与上述铍青铜外框相连接;敷铜有机板,分别设置于上述振动元件的上层和下层,其中,上层有机板的下表面与上述铍青铜质量块相对的位置以及下层有机板的上表面与上述铍青铜质量块相对的位置,均敷有铜层,且上述上层有机板和上述下层有机板分别与上述铍青铜质量块之间留有间隙。根据本发明专利技术提供的倾角传感器敏感头结构,稳定性好,体积小巧,并可以用于自动控制系统,并且差动电容可以消除干扰,并受温度影响不大,灵敏度高,结构制作工艺简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化领域,具体而言,涉及一种倾角传感器敏感头结构、制作工艺及 其信号处理电路。
技术介绍
倾斜仪在地震、军事、海洋、建筑、农业及电子产品等领域有广阔的应用。 相关技术中,通常采用水银珠水平器或液体摆式倾角传感器进行倾角测量。然而 上述仪器测量范围小,稳定测量时间较长,不便动态测量,不能用于自动控制系统。利用固 体摆的原理研制的倾角传感器可获得到较高测量精度,但传感器体积较大和抗冲击性能 差。 因此,设计一种的稳定性好,体积小巧,并可以用于自动控制系统的倾角传感器, 是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于公开一种倾角传感器敏感头结构、制作工艺及其信号处理 电路,以解决相关技术中还缺乏稳定性好,体积小巧,并可以用于自动控制系统的倾角传感 器的问题。 根据本专利技术的一个方面,提供了一种倾角传感器敏感头结构。 根据本专利技术的倾角传感器敏感头结构包括:铍铜振动元件,设置于所述敏感头结 构的中间层,包括:铍青铜外框,铍青铜弹性梁,铍青铜质量块,其中,所述铍青铜质量块通 过所述铍青铜弹性梁与所述铍青铜外框相连接;敷铜有机板,分别设置于所述铍铜振动元 件的上层和下层,其中,上层有机板的下表面与所述铍青铜质量块相对的位置以及下层有 机板的上表面与所述铍青铜质量块相对的位置,均敷有铜层,且所述上层有机板和所述下 层有机板分别与所述铍青铜质量块之间留有间隙。 根据本专利技术的另一方面,提供了一种倾角传感器敏感头结构的信号处理电路。 根据本专利技术的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路包括:用于供电的稳压电 源;脉冲发生电路,与所述稳压电源相连接,用于输出周期性的矩形波;电容电压变换电 路,与所述脉冲发生电路相连接,包括:敏感头结构,其中,所述敏感头结构的上层有机板敷 铜层和下层有机板敷铜层焊接的电极引线分别连接至差分放大电路中运算放大器的正负 输入端,所述敏感头结构的铍铜振动元件上焊接的电极引线接地;所述差分放大电路,与所 述电容电压变换电路相连接,用于将所述电容电压变换电路输出的电压进行放大。 根据本专利技术的又一方面,提供了一种倾角传感器敏感头结构的制作工艺。 根据本专利技术的倾角传感器敏感头结构的制作工艺包括:将硝酸溶液浓度调节至预 定浓度,将掩模后的铍青铜放入配置好的硝酸溶液中进行腐蚀至需要的敏感头结构;将敷 铜有机板用带极板版图的防腐膜覆盖,放入氯化铁溶液中腐蚀,将腐蚀后的所述敷铜有机 板进行切割,并在敷铜层上焊接电极引线;在所述敷铜有机板与所述敏感头结构的铍青铜 外框之间粘结绝缘衬垫圈以使铍青铜振动质量和所述敷铜有机板之间形成预定大小的间 隙,在粘合胶凝固后在铍青铜质量块上焊接电极引线。 与现有技术相比,本专利技术实施例至少具有以下优点:由于铍青铜材料弹性好,密度 大,耐疲劳、适于做惯性振动元件。采用铍青铜材料作为振动元件,结合"三明治"式差动电 容检测结构,设计制作的倾角传感器,稳定性好,体积小巧,并可以用于自动控制系统,并且 差动电容可以消除干扰,并受温度影响不大,灵敏度高,结构制作工艺简单。【附图说明】 图1是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的示意图; 图2是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路的结构框图; 图3是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路的稳压电源 的不意图; 图4是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路的脉冲发生 电路的不意图; 图5是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路的电容电压 变换电路的不意图; 图6是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的信号处理电路的差分放大 电路的不意图; 图7是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的制作工艺的流程图。【具体实施方式】 下面结合说明书附图对本专利技术的具体实现方式做一详细描述。 根据本专利技术实施例,提供了一种倾角传感器敏感头结构。 图1是根据本专利技术实施例的倾角传感器敏感头结构的示意图。如图1所示,该倾 角传感器敏感头结构包括: 铍铜振动元件10,设置于所述敏感头结构的中间层,包括:铍青铜外框100,铍青 铜弹性梁101,铍青铜质量块102,其中,所述铍青铜质量块102通过所述铍青铜弹性梁101 与所述铍青铜外框100相连接; 敷铜有机板12,分别设置于所述铍铜振动元件的上层和下层,其中,上层有机板 120的下表面与所述铍青铜质量块相对的位置以及下层有机板121的上表面与所述铍青铜 质量块相对的位置,均敷有铜层122,且所述上层有机板120和所述下层有机板121分别与 所述铍青铜质量块102之间留有间隙。 由此可见,铍青铜质量块和上下极板间均有间隙,形成电容C1和C2,当传感器发 生倾斜,铍青铜质量块就在方向上产生偏离,导致两个电容发生相对变化,测出电容变化的 大小,就可以获取倾角的大小。由于铍青铜材料弹性好,密度大,耐疲劳、适于做惯性振动元 件。采用铍青铜材料作为振动元件,结合"三明治"式差动电容检测结构,设计制作的倾角 传感器,稳定性好,体积小巧,并可以用于自动控制系统,并且差动电容可以消除干扰,并受 温度影响不大,灵敏度高,结构制作工艺简单。其中,所述上层有机板120敷铜层焊接有电极引线,所述下层有机板121敷铜层焊 接有电极引线,所述振动元件焊接有电极引线。这样,上下层有机板以及中间的铍铜振动元 件共焊接有三根电极引线。 通过上述电极引线将上述倾角传感器敏感头结构结合其他元器件形成信号处理 电路,将差动电容的变化转化为电压,根据测量得到的电压确定传感器倾角的大小。 在优选实施过程中,中间层的铍青铜振动元件的铍铜质量块和左右极板间有间 隙,形成电容C1和C2。对于两个平行板电容器,其电容的大小可由下式决定:C=eS/d 其中,S为电容的两板覆盖面积,d为两板的间距。可以看到电容大小的改变可以 通过两种途径实现,面积改变和间距改变。 铍铜质量块和左右极板间形成的电容C1和C2,由于倾斜角度不同会改变铍铜质 量块和左右极板间的间距。这样就改变了C1,C2的大小。再把这种电容的变化通过信号处 理电路转换成电压,根据输出的电压确定倾角大小。 其中,在所述上层有机板与所述铍青铜外框之间,以及所述下层有机板与所述铍 青铜外框之间均粘结有绝缘衬垫圈,以满足绝缘和调整振动间隙的作用。 在敷铜有机板和铍青铜外框之间粘结绝缘衬垫圈,是为了使铍青铜振动质量和敷 铜有机板之间形成预定大小的间隙,优选地,所述上层有机板和所述下层有机板分别与所 述铍青铜质量块之间留有的间隙均为500ym。采用铍青铜材料制作的电容式传感器具有以下优点:(1)阻抗很高,功率极低,因 而所需的输入功率小,输入能量也要求不高。(2)良好的温度稳定性。电容式当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倾角传感器敏感头结构,其特征在于,包括:铍铜振动元件,设置于所述敏感头结构的中间层,包括:铍青铜外框,铍青铜弹性梁,铍青铜质量块,其中,所述铍青铜质量块通过所述铍青铜弹性梁与所述铍青铜外框相连接;敷铜有机板,分别设置于所述铍铜振动元件的上层和下层,其中,上层有机板的下表面与所述铍青铜质量块相对的位置以及下层有机板的上表面与所述铍青铜质量块相对的位置,均敷有铜层,且所述上层有机板和所述下层有机板分别与所述铍青铜质量块之间留有间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王宏伟黄旭
申请(专利权)人:北京信息科技大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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