一种石英挠性加速度计制造技术

一种能够提高测量精度、密封性好、稳定性高的石英挠性加速度计，包括伺服电路和表头，所述表头包括上力矩器，检测质量组件、下力矩器、以及外壳，所述上力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和上轭铁，下力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和下轭铁，所述检测质量组件包括由镀金膜石英摆片和粘接在所述摆片上面的两个力矩器线圈组成。

【技术实现步骤摘要】
一种石英挠性加速度计
本专利技术涉及一种石英挠性加速度计，尤其涉及一种焊接密封结构的石英挠性加速度计。
技术介绍
石英挠性加速度计是一种机械单轴摆式、差动电容式、力矩再平衡式(力反馈式)加速度计，对加速度、速度、距离、摇摆、倾斜、振动等物理量敏感。石英挠性加速度计主要由伺服电路、表头组成闭环反馈系统，根据牛顿力学定律，通过测量载体所受的惯性力来间接测量载体的加速度。它具有结构简单、体积小、寿命长、精度和灵敏度高、温度系数小、性能稳定等优点，广泛应用于飞机、导弹、火箭、船舶、车辆的惯性导航系统，和石油钻井(MWD、LWD)、建筑、堤坝的倾角测量以及地震监测等。现有技术中，石英挠性加速度计的应用领域愈来愈广，使用环境压强不断变化，传统常压环境中使用的加速度计缺乏专门的密封结构，密封性能很差，越来越不适应应用的需要。尤其在空间领域和深海领域等条件恶劣的使用环境下，石英挠性加速度计的表头无法长期使用，因此，越来越需要表头具有较好的环境适应性，另外，随着表头应用领域的不断拓展，缺少密封结构的石英挠性加速度计将会被淘汰。另一方面来讲，对于石英挠性加速度计来说，石英摆片是该加速度计的关键部件，力矩器与石英摆片的对接面平面度和平行度的好坏直接影响传感器的性能。目前，石英挠性加速度计的平面度及平行度很难保证，合格率很低，制约了该型加速度计的综合性能的提高。另外，力矩器也是石英挠性加速度计的关键部件，为其提供恒定的磁源。耐高温石英挠性加速度计的磁源材料需要满足在高温下表现出优良的磁性能。现有的石英挠性加速度计的耐受温度，国内通常不高于80℃，国外不高于95℃，产品输出信号的稳定性差，无法满足更高的使用要求。进一步，国内现有的石英挠性加速度计中，精度一般在几十个μg0/ppm水平，分辨率仅5-10μg0，测量精度不高，远不及国外同类产品。原则上讲，提高加速度计精度有两种途径：一是降低加速度计谐振子的本征频率，其代价是降低了频带宽度，另一种方法是提高加速度计信号传感器的检测水平，这种方法在传统电容式加速度计中受到很大局限。石英挠性加速度计中电容式信号传感器的输出电容变化量正比于位移的平方，分辨率受限，要获得高分辨率，需要适当展宽系统的尺寸，同时，受电子噪声、机械热噪声及环境寄生电容等因素的影响，电容式信号传感器输出信噪比低，达到了微小电容检测电路的检测极限，电容式石英挠性加速度计精度很难突破μg0/ppm水平。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种能够提高测量精度、密封性好、稳定性高的石英挠性加速度计。具体的，本专利技术提供一种石英挠性加速度计，包括伺服电路和表头，其特征在于，所述表头包括上力矩器，检测质量组件、下力矩器、以及外壳，所述上力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和上轭铁，下力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和下轭铁，所述检测质量组件包括由镀金膜石英摆片和粘接在所述摆片上面的两个力矩器线圈组成，其中，所述力矩器线圈和所述石英摆片的中间轮翼部分构成摆质量，经过设置于该摆质量上的两个挠性悬置梁，经由设置于所述摆片外圈的多个凸台，固定连接于所述上下两个力矩器组件之间，以感测载体的直线加速度矢量。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，在所述下力矩器的中心面向内表面设置有一个芯孔，在该芯孔内设置一根芯杆，该芯杆为永磁棒，以提供上下力矩器的中心轴上的永磁力。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，在所述挠性悬置梁上设置干涉传感器，用于检测所述检测质量组件的位移并转换成电信号，并通过数字处理电路将该电信号转换为与加速度成正比的电流信号，并反馈至所述上下力矩器产生平衡力矩，以此通过检测力矩器电流检测加速度值。根据本专利技术，通过电容式组合光电式加速度测量，进一步提高测量精度达到μg0/ppm水平以上。本专利技术首先主要通过电容式加速度测量，并作为主要加矩方式，从而保证该加速度计的量程、基本精度以及稳定性，然后，结合该光电测量方式，进一步大大提高测量精度。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，摆片的两个摆梁(悬置梁)的厚度为0.06mm～0.08mm之间，在本专利技术中，摆片的两个摆梁厚度可以薄至0.05mm～0.053mm，这样，能够给蒸镀金膜留下了巨大的空间。另外，为了反射光线的需要，粘附于摆片摆梁之上的靶芯可以适当增大一些，这样，也可以适当增大摆梁的宽度。例如，可以将摆梁宽度增大到2.25mm～2.29mm。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，所述力矩器线圈线径为0.05毫米，线圈匝数为210匝、电阻为28欧姆，所述补偿环与磁钢高度尺寸比为0.25。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，当有外界加速度信号输入时，所述石英摆片受到惯性力的作用发生摆动，从而使得差分电容的电容值发生改变，通过伺服电路的C-V读出电路，使得差分电容变化转化为电压信号的变化，再通过信号调节电路反馈输出相应的电流，经过力矩器线圈供给至力矩器，从而产生平衡力矩去抵消外部惯性加速度产生的惯性力，达到了闭环系统的力平衡，而输入给力矩器的反馈电流的大小正比于输入惯性加速度的值，从而实现了加速度的度量。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，在表头内部封装有一定压力的气体用以形成空气阻尼，采用空气薄膜阻尼来调整所述石英挠性加速度计的阻尼。根据本专利技术，通过在表头内部封装有一定压力的气体用以形成空气阻尼，从而保证控制系统的稳定性。通常，在石英挠性加速度计中，采用空气薄膜阻尼来调整加速度计的阻尼。加速度计结构一旦确定，其空气薄膜阻尼大小就由空气的密度确定。石英挠性加速度计制作完成后，敏感器件内部的空气密度由生产环境的空气密度决定。通过采用空气薄膜阻尼来调整加速度计的阻尼，增强空气薄膜阻尼效应，从而提高加速度计的动态性能，提高加速度计的稳定性。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，上述玻璃封装采用的材质为硬玻璃铁基封接合金材料，其由重量比为54％(wt)的铁、18％(wt)的钴、28％(wt)的镍形成，该材料在20～450摄氏度范围内均具有与硅硼硬玻璃相近的线膨胀系数(4.6x10-6/℃)和相应硬玻璃能进行有效封接匹配。该封接材料的居里点较高，低温下具有较好的组织稳定性，其形成的氧化膜非常致密，能够被玻璃很好的浸润，通过采用该封接材料，能够大大提高该封装结构的密封性。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，所述封接材料厚度为0.5～1.0mm，优选的，厚度为0.6～0.8mm，更有选的，厚度为0.8mm。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，在所述石英摆片的挠性悬置梁上，还可以设置倾角测量元件或者定位传感器，以对方位角进行感测，和/或，所述石英挠性加速度计的伺服电路中可以加入热敏电阻元件，以对温度进行检测，和/或，在伺服电路中还可以接入数字处理电路或者数字输出电路，以将电流/电压信号转换成数字信号进行处理。根据本专利技术的石英挠性加速度计，其特征在于，所述石英挠性加速度计采用六面体封装结构。根据本专利技术，通过将上述玻璃封装采用的材质为硬玻璃铁基封接合金材料，由于该封接材料的居里点较高，低温下具有较好的组织稳定性，其形成的氧化膜非常致密，能够被玻璃很好的浸润，通过采用该封接材料，能够大大提高该封装结构的密封性。根据本专利技术，通过在外壳3的上盖通过安装法兰4与信号接线端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英挠性加速度计，包括伺服电路和表头，其特征在于，所述表头包括上力矩器，检测质量组件、下力矩器、以及外壳，所述上力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和上轭铁，下力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和下轭铁，所述检测质量组件包括由镀金膜石英摆片和粘接在所述摆片上面的两个力矩器线圈组成，其中，所述力矩器线圈和所述石英摆片的中间轮翼部分构成摆质量，经过设置于该摆质量上的两个挠性悬置梁，经由设置于所述摆片外圈的多个凸台，固定连接于所述上下两个力矩器组件之间，以感测载体的直线加速度矢量。

【技术特征摘要】
1.一种石英挠性加速度计，包括伺服电路和表头，其特征在于，所述表头包括上力矩器，检测质量组件、下力矩器、以及外壳，所述上力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和上轭铁，下力矩器包括补偿环、磁钢、磁极片和下轭铁，所述检测质量组件包括由镀金膜石英摆片和粘接在所述摆片上面的两个力矩器线圈组成，其中，所述力矩器线圈和所述石英摆片的中间轮翼部分构成摆质量，经过设置于该摆质量上的两个挠性悬置梁，经由设置于所述摆片外圈的多个凸台，固定连接于所述上下两个力矩器组件之间，以感测载体的直线加速度矢量。2.如权利要求1所述石英挠性加速度计，其特征在于，在所述下力矩器的中心面向内表面设置有一个芯孔，在该芯孔内设置一根芯杆，该芯杆为永磁棒，以提供上下力矩器的中心轴上的永磁力。3.如权利要求1～2任一项所述石英挠性加速度计，其特征在于，在所述挠性悬置梁上设置干涉传感器，用于检测所述检测质量组件的位移并转换成电信号，并通过数字处理电路将该电信号转换为与加速度成正比的电流信号，并反馈至所述上下力矩器产生平衡力矩，以此通过检测力矩器电流检测加速度值。4.如权利要求1～3任一项所述石英挠性加速度计，其特征在于，所述石英摆片的两个悬置梁的厚度为0.05mm～0.053mm，摆梁宽度为2.25mm～2.29mm。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，王晓雷，宋银良，刘哲，李强，
申请(专利权)人：青岛智腾微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37