[发明专利]新型压电石英水平姿态传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种敏感电子学领域里的主要应用于飞行器、机器人、车辆、船船、石油钻井平台、建筑、工业自动化设备，雷达以及卫星等的姿态稳定与控制系统中的新型压电石英水平姿态传感器，它包括敏感元件、信号处理电路、底座、外壳、插座。

背景技术

利用压电石英显著的力敏特性构成水平姿态传感器已有实用化产品，日本Tokyo Denpa C.LTD公司的压电石英倾斜仪测量范围为5.7°，精度为0.12°，寿命3000次，工作温度-10℃～50℃，主要用于建筑物、桥梁测斜。美国森德斯坦德数据控制公司的由QA-1300型石英挠性加速度计组合而成的两轴、三轴倾斜仪测量精度为0.23°，主要用于油井测斜。但是上述这些压电石英水平姿态测量仪存在的共同问题是稳定性和分辨率差，启动时间长，不能抗震动冲击，因此，它们满足不了要求高稳定、高分辨率、抗强震动冲击和快速启动的使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高稳定、分辨率强、可抗强震动冲击和启动速度快的压电石英水平姿态传感器。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思是在敏感元件中采用两只对称安装的圆形压电石英晶片，将被测物体的姿态偏转角度(φ)转换为作用到这两只对称安装的圆形压电石英晶片上的力F，利用压电石英显著的力敏特性，通过两个压电石英晶片受力后的频率变化从而可检测到被测物体的水平姿态参数，如图1所示，当一定切型的压电石英晶片受径向压力(如ΔF₁)作用时，谐振频率将由f变为f+Δf₁，而受径向拉力(如ΔF₂)作用时，谐振频率则由f变为f-Δf₂，通过检测谐振器的频率变化Δf₁或Δf₂，从而可得到对应的力变化ΔF₁或ΔF₂。因此，当压电石英水平姿态传感器有倾斜角输入时，将倾斜角对应的“姿态”转换为径向力分别作用在敏感元件中的两个对称安装的圆形压电石英晶片上。受径向力作用的两只压电石英晶片的谐振频率一个增大，变为(f+Δf₁)，而另一个减小，变为(f-Δf₂)。通过检测两个压电石英晶片的差动输出频率Δf＝(f+Δf₁)-(f-Δf₂)＝Δf₁+Δf₂即可得到传感器的输入倾斜角。

本发明新型压电石英水平姿态传感器的敏感结构原理如图2所示，当水平姿态传感器偏转一角度φ时，可求得两个压电石英谐振器压力变化时两个石英谐振器的差动输出频率Δf与φ的关系：

Δf=2Kf·f2D·n·bc·mg(sinφ-sinφ0)]]>

=Kφ·(sinφ-sinφ0)---(1)]]>