一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器制造技术

本发明专利技术属于无源导航领域，具体涉及到一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器。长周期垂直隔振的海洋重力敏感器，包括主测量弹簧、质量块、两根拉丝、摆杆、细杆、六根长拉丝、圆筒支撑框架、检验质量块、两对电容极板、附加质量块、扭转弹簧，主测量弹簧采用直立悬挂方式，上端与质量块相连，质量块两侧对称连接两根拉丝，两根拉丝的另一端连在摆杆上端五分之一处；主测量弹簧下端与细杆相连，所述的细杆上端三分之一处对称连接六根拉丝，拉丝的另一端与圆筒支架上沿的六个均分处相连。本发明专利技术从重力敏感单元内部结构上抑制垂直干扰加速度的影响，减小重力测量的滞后效应；圆筒形支架抑制水平加速度对主测量弹簧的影响；装置易于小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器
本专利技术属于无源导航领域，具体涉及到一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器。
技术介绍
惯导定位误差随时间积累，必须予以重调和校正，海洋重力场为其提供了隐蔽的 水下校正信息源。海洋重力仪是水下重力导航系统的关键设备，用于测量水下重力场，其测 量实时性关乎水下重力导航系统的导航精度。作为海洋重力仪的核心敏感件，重力敏感器 测量实时性直接反映为海洋重力仪的测量实时性。但海洋重力仪在工作时不可避免地受到 由海浪引起的垂直和水平加速度干扰，其幅值可达到待测量的数万至数十万倍，若不采取 适当措施，重力信噪比仅为1〇_ 5?1〇_6,待测量和控制量很小，对信号检测与控制提出了极 为苛刻的要求。 2005年，李家明等人对DZW-II型微伽重力仪的结构进行了改进设计，采用零长弹 簧作为重力敏感单元弹性部件，弹簧采用垂直悬挂方式，采用阻尼液构成强阻尼垂向通道， 抑制垂直加速度干扰。整个结构具有轴对称性，该结构可抵抗水平加速度干扰对重力测量 弹簧的影响[李家明，胡国庆，姚植桂等.DZW-II型微伽重力仪的改进设计[J].大地测量 与地球动力学，2005, 25 (4) : 127-132]。但零长弹簧制作工艺复杂，成品率低，阻尼液一方面 可以抑制垂直加速度干扰，另一方面会带来较大的滞后效应，严重影响重力测量的实时性。 到目前为止，从重力敏感单元内部结构上对垂直加速度干扰进行抑制的还不多见。 本专利技术利用扭转弹簧的非线性效应，采用石英弹簧作为主测量弹簧，设计了一种 长周期垂直隔振的海洋重力敏感器，从重力敏感单元内部结构上抑制垂直干扰加速度的影 响，降低敏感器对信号检测与控制的要求，同时避免强阻尼带来的滞后效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于具有垂直隔振特性的长周期垂直隔振的海洋重 力敏感器。 本专利技术的目的是这样实现的： -种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器，包括主测量弹簧、质量块、两根拉丝、摆 杆、细杆、六根长拉丝、圆筒支撑框架、检验质量块、两对电容极板、附加质量块、扭转弹簧， 其特征在于：主测量弹簧采用直立悬挂方式，上端与质量块相连，质量块两侧对称连接两根 拉丝，两根拉丝的另一端连在摆杆上端五分之一处；主测量弹簧下端与细杆相连，所述的细 杆上端三分之一处对称连接六根拉丝，拉丝的另一端与圆筒支架上沿的六个均分处相连； 细杆下端与检测质量块相连，检测质量块上下左右放置四个相同的电容极板构成两对电 容，形成了两对相互垂直的电容。 在摆杆拉丝连接点上侧安装附加质量块。 摆杆通过扭转弹簧与圆筒支架相连，扭转弹簧对称焊接在圆筒支架上沿。 本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用扭转弹簧的几何非线性效应延长系统的共振 周期，从重力敏感单元内部结构上抑制垂直干扰加速度的影响，如在摆杆上附加质量抑制 垂直干扰加速度的影响，减小重力测量的滞后效应；圆筒形支架抑制水平加速度对主测量 弹簧的影响；装置易于小型化。 【附图说明】 图1是重力敏感器总体结构图 图2是海洋重力敏感器工作流程图 图3是长周期垂直隔振的重力敏感器几何模型 图4是重力敏感器对基座垂直振动的响应曲线 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步描述。 本专利技术的长周期垂直隔振的海洋重力敏感器主体包括：1.主测量弹簧，2.质量 块，3.两根短拉丝，4.摆杆，5.轻质细杆，6.六根长拉丝，7.圆筒支撑框架，8.检验质量块， 9.两对电容极板，10.附加质量块11.扭转弹簧。外部设备由A/D模块、FPGA模块、D/A模 块、驱动电路、电容位移检测系统和静电驱动电路组成。 1、所述的长周期垂直隔振的海洋重力敏感器主体包括：1.主测量弹簧，2.质量 块，3.两根短拉丝，4.摆杆，5.轻质细杆，6.六根长拉丝，7.圆筒支撑框架，8.检验质量块， 9.两对电容极板，10.附加质量块11.扭转弹簧。总体几何结构具有轴对称性。 2、所述的主测量弹簧1采用直立悬挂方式，其上端与质量块2相连，质量块2两侧 对称连接两根拉丝3,两根拉丝3的另一端连在摆杆4上端五分之一处。 3、所述的主测量弹簧1下端与轻质细杆5相连，所述的轻质细杆5上端三分之一 处对称连接六根拉丝，拉丝6的另一端与圆筒支架7上沿的六个均分处相连。 4、所述的轻质细杆5下端与检测质量块8相连。检测质量块8上下左右放置四个 相同的电容极板9构成两对电容，这样形成了两对相互垂直的电容。当检验质量块8在重 力变化或外界扰动力的作用下偏离中间位置时，两个敏感电容不相等，电容检测系统中的 电桥平衡遭到破坏，桥路的这种不平衡输出经前置放大和信号调理后输入锁相放大电路， 锁相放大的参考信号来自信号源。在锁相放大的参考回路中添加移相电路，使调理电路输 出与信号源输出信号相位一致，获得最大的电容检测灵敏度。 5、由于所述的摆杆4质量不为零，基座振动加速度会直接耦合进系统，使其高频 隔振性能变坏。在摆杆4拉丝连接点上侧安装附加质量10,抑制摆杆质量不为零对高频隔 振性能的影响。 6、所述的摆杆4通过扭转弹簧11与圆筒支架7相连，所述的扭转弹簧11对称焊 接在圆筒支架上沿。 本专利技术的一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器主体包括：1.主测量弹簧，2.质 量块，3.两根短拉丝，4.摆杆，5.轻质细杆，6.六根长拉丝，7.圆筒支撑框架，8.检验质量 块，9.两对电容极板，10.附加质量块11.扭转弹簧。外部设备由A/D模块、FPGA模块、D/ A模块、驱动电路、电容位移检测系统和静电驱动电路组成。所述的长周期垂直隔振海洋重 力敏感器结构上具有轴对称性。 1.所述的主测量弹簧1采用石英材料制成，悬挂方式为直立式，其上端通过金属 挂钩与质量块2相连，质量块两侧对称连接两根长度相同的短拉丝3,两根拉丝的另一端分 别连在两个摆杆4上端五分之一处。 2.所述的主测量弹簧1下端与轻质细杆5相连，所述的轻质细杆上端三分之一处 对称连接六根拉丝6,拉丝的另一端与圆筒支架7上沿的六个均分处相连。 3.所述的轻质细杆5下端与检测质量块8相连。检测质量块与轻质细杆采用一体 化加工技术，克服螺钉连接产生的滑动，检测质量上下左右放置四个相同的电容极板构成 两对电容，这样形成了两对相互垂直的电容。当检验质量在重力变化或外界扰动力的作用 下偏离中间位置时，两个敏感电容不相等，电容检测系统中的电桥平衡遭到破坏，桥路的这 种不平衡输出经前置放大和信号调理后输入锁相放大电路，锁相放大的参考信号来自信号 源。在锁相放大的参考回路中添加移相电路，使调理电路输出与信号源输出信号相位一致， 获得最大的电容检测灵敏度。 4.所述的两根支撑摆杆4分别通过扭转弹簧11与圆筒支架7相连，所述的扭转弹 簧对称焊接在圆筒支架上沿。 5.所述的摆杆4质量不为零，基座振动加速度会直接耦合进系统，使其高频隔振 性能变坏。在摆杆4拉丝连接点上侧安装附加质量10,抑制摆杆质量不为零对高频隔振性 能的影响。 6.利用扭转弹簧的非线性效应延长系统共振周期，提升重力敏感器对垂直干扰加 速度的抑制能力。对称性结构设计、拉丝与水平方向电容极板等的限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器，包括主测量弹簧(1)、质量块(2)、两根拉丝(3)、摆杆(4)、细杆(5)、六根长拉丝(6)、圆筒支撑框架(7)、检验质量块(8)、两对电容极板(9)、附加质量块(10)、扭转弹簧(11)，其特征在于：主测量弹簧采用直立悬挂方式，上端与质量块相连，质量块两侧对称连接两根拉丝，两根拉丝的另一端连在摆杆上端五分之一处；主测量弹簧下端与细杆相连，所述的细杆上端三分之一处对称连接六根拉丝，拉丝的另一端与圆筒支架上沿的六个均分处相连；细杆下端与检测质量块相连，检测质量块上下左右放置四个相同的电容极板构成两对电容，形成了两对相互垂直的电容。

【技术特征摘要】
1. 一种长周期垂直隔振的海洋重力敏感器，包括主测量弹簧（1)、质量块（2)、两根拉 丝（3)、摆杆（4)、细杆（5)、六根长拉丝（6)、圆筒支撑框架（7)、检验质量块（8)、两对电容 极板（9)、附加质量块（10)、扭转弹簧（11)，其特征在于：主测量弹簧采用直立悬挂方式，上 端与质量块相连，质量块两侧对称连接两根拉丝，两根拉丝的另一端连在摆杆上端五分之 一处；主测量弹簧下端与细杆相连，所述的细杆上端三分之一处对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉，武立华，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23