差动式振弦加速度计制造技术

本实用新型专利技术差动式振弦加速度计，属于传感器技术领域，主要用于直接测量运动物体或飞行物的运动加速度，也可作为速度、距离等物理量的检测和控制敏感部件。采用双振弦作为敏感元件和双线圈连续激振方式。利用振弦张力变化使其固有频率变化的原理，将加速度转换为脉冲信号输出。本实用新型专利技术差动式振弦加速度计性能稳定，工作温度范围宽，温度误差小，使用寿命长，便于与计算机检测和控制系统连接。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术差动式振弦加速度计，涉及一种物理量的测量装置，它属于传感器
，主要用于直接测量运动物体的运动加速度，也可在工程检测和自动控制系统中作为速度、距离等物理量的检测与控制敏感部件。据国内情报检索与调研，国内有一种钢弦式压力(力)传感器，应用压力(力)频率变换原理，采用单振弦的结构形式输出频率值，在理设状态用于长期监测桥梁、水坝、隧道等建筑物与构件的受力变化。但该传感器不能用于敏感与测量加速度。另有一种张丝式加速度传感器，应用应变效应原理，采用弦丝绕成的弹簧状结构形式，输出为模拟量电压值，测量精度低、线性误差大，需定期标定，不适宜本专利技术应用的对象。国内尚无具备本专利技术特征的技术与产品。1994年经国际联机检索与查询，未见国外有关于本专利技术相同特征的技术文献。本专利技术是为测量飞行物的飞行加速度而设计的。由于飞行物的特定保管和使用环境要求，在较长时间内不得拆卸，也不允许重新标定，在外场恶劣环境中测试时要求较高的精度。国内现有加速度计不能满足这些要求。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到差动式振弦加速度计，壳体、框架、惯性质量、振弦、夹紧装置、激振/拾振线圈、正反馈放大器、放大/处理电路、电源等部分构成。壳体包括上盖(17)、基座(13)和密封圈(14)，框架(1)通过螺钉(8)固定到基座(13)上。基座(13)通过螺钉紧固到运动体上，使加速度方向与加速度计敏感轴方向一致。在基座(13)和上盖(17)内装配有框架(1)，惯性质量块(3)通过振弦(2、6)和单向传力的支承件(4)与框架(1)相连，在振弦(2、6)的侧面分别装有激振线圈(11、18)和拾振线圈(12、15)，这些线圈固定在框架(1)上，其引线通过接线板(7)与壳体外的电路部分相连。通过惯性质量感受运动体的加速度，惯性质量由惯性质量块(3)、压紧螺母(5)和螺钉(28)构成，压紧螺母(5)将支承件(4)压紧到惯性质量块(3)上，螺钉(28)将振弦(2、6)定位并固定到惯性质量块(3)上。采用单向传力的支承件(4)支承惯性质量块(3)，它将惯性质量感受的、沿振弦方向的惯性力灵敏地传给两振弦(2、6)，而对其它方向的作用力不敏感，支承件(4)采用簧片的结构形式，该簧片表面垂直于惯性质量块(3)轴线(即振弦长度方向)，簧片一端用压紧螺母(5)与惯性质量块(3)夹紧，另一端插入框架(1)槽内焊牢。采用差动式结构形式，由相同材料和相同尺寸两振弦(2、6)构成，两振弦分别位于惯性质量块(3)的两端，并处于同一直线。两振弦一端通过螺钉(28)定位并紧固到惯性质量块(3)的中心孔内，在惯性质量块两端面中心将振弦点焊固定。两振弦另一端通过夹紧装置紧固到框架(1)上，振弦材料为琴钢丝T8MnA，其尺寸为Φ0.22×40，自然时效一年以上。使用前进行加载老化、温度老化和防锈处理。采用激振线圈(11、18)和拾振线圈(12、15)分离的双线圈型式。激振线圈和拾振线圈，分为两组各装于两振弦的侧面，并按输出信号强弱调整到与振弦保持适当位置，两组线圈均固定在框架(1)上。两组线圈引线焊到接线板(7)上，并用五芯低噪声屏蔽电缆从基座(13)出线孔中引出与电路部分相连。采用易于调整振弦(2、6)预紧张力的销钉夹紧装置。振弦(2、6)分别穿入框架(1)两端的圆孔内，用螺钉(9、19)各通过柱销(29)将振弦压紧。需重新调整振弦预紧力时，松开螺钉(9)即可进行。正反馈放大器与激振线圈电气相连，使振弦连续振动。通电时，给激振线圈输入一初始脉冲电流，使振弦起振，同时拾振线圈输出的电流放大后分一路经正反馈放大器输给激振线圈，使振弦作等幅连续振动。电路部分由信号放大器(21、26)、正反馈放大器(20、27)、混频器(24)、滤波器(23)、整形电路(22)和电源(25)构成，电路部分的元器件组装在印制电路板上。两路拾振线圈(12，15)的感应信号经两路信号放大器放大后入混频器(24)成一路和滤波器(23)、整形电路(22)相连。差动式振弦加速度计通过基座(13)上的孔用螺钉固定到运动物体或飞行物上，使加速度测试方向与振弦加速度计灵敏轴方向一致。当运动物体存在加速度时，振弦加速度计中的惯性质量敏感到该加速度，产生惯性力作用到两振弦(2、6)上，使一振弦受拉，另一振弦受压。振弦加速度计在没有加速度输入时，结构尺寸和材料相同的两振弦在同一预紧张力作用下，具有相同的横向振动固有频率。当有加速度输入时受拉的振弦横向振动固有频率增加，受压的振弦横向振动固有频率减少，这种振弦横向振动固有频率变化量和运动物体的运动加速度大小成比例。差动式振弦加速度计电路连接后，接通直流电源，初始脉冲电流通过激振线圈使电磁铁的磁通密度发生变化，吸引振弦，从而引起振弦作横向振动。与此同时拾振线圈产生的感应电势经放大后，一路信号又反馈到激振线圈使振弦维持连续振动，另一路信号和另一振弦的该路信号同时进入混频器(24)混频，再经滤波器(23)滤波输出差频正弦波信号，再由整形电路(22)将正弦波信号转换为与运动加速度大小成比例的脉冲信号，该信号与振弦加速度计事先在精密离心机上标定的数据比较，即可得到运动物体的加速度值。设两振弦横向振动频率分别为f1、f2，在加速度灵敏轴方向没有加速度输入时，由于两振弦材料和结构尺寸相同，所以f1＝f2＝f0 (1)式中f0为振弦在初始张紧力作用时的横向振动固有频率，可由下式决定f0=12LT0ρ------(2)]]>式中L振弦的有效长度；T0振弦的初始张紧力；ρ振弦材料的线密度(单位长度的质量)当在加速度计敏感轴方向有加速度a输入时，惯性质量敏感到惯性力使一振弦的张紧力增加了ΔT1，另一振弦的张紧力减小了ΔT2，这里ΔT1＝ΔT2＝ΔTΔT=12m·a------(3)]]>式中m惯性质量a加速度设e=ΔTT0=m·a2·T0]]>则f1=f01+ma2T0=f01+e------(4)]]>则f2=f01-ma2T0=f01-e------(5)]]>其差频输出为Δf=f1-f2=f0(1+e-1-e)------(6)]]>由(2)式和(6)式可知频率和张紧力之间是非线性关系，经过(6)式展开成级数形式，且仅取一次和二次项，忽略高次项后得Δf=f1-f2=f0·e·(1+13e2)------(7)]]>从(7)式看出差动式振弦加速度计的非线性误差为δ=18·(ΔTT0)2-------(8)]]>非线性误差是加速度计误差的主要部分，需要对加速度计进行精巧的设计和选择合理的结构参数来加以保证。本专利技术差动式振弦加速度计惯性质量块大小视振弦预紧张力和加速度测量范围及线性误差要求按(8)式换算确定。在惯性力作用下振弦振动频率通过式(4)、(5)计算出。两振弦初始固有频率相等，该频率由(2)式决定。预紧张力的大小应保证振弦应变在最佳线性本文档来自技高网...

【技术保护点】
差动式振弦加速度计，含有上盖（１７）、基座（１３）及固定螺钉（８）等，并通过螺钉紧固到运动体上，使加速度方向与加速度计敏感轴方向一致，其特征是：在基座（１３）和上盖（１７）内装配有框架（１），惯性质量块（３）通过振弦（２、６）和单向传力的支承件（４）与框架（１）相连，在振弦（２、６）的侧面分别装有激振线圈（１１、１８）和拾振线圈（１２、１５），这些线圈固定在框架（１）上，其引线通过接线板（７）与壳体外的电路部分相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙书明，龚肇庆，田争良，王云芳，金皖田，史洪保，张西京，
申请(专利权)人：陕西青华机电研究所，
类型：实用新型
国别省市：61[中国|陕西]