[发明专利]应变式三维加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变式传感器，尤其是一种应变式三维加速度传感器。

背景技术

目前的三维加速度传感器，根据三维信息是通过单惯性质量块还是多惯性质量块获取分为两种结构形式：合成式和一体化式。前者是通过将多个单向加速度传感器采用正交的方式合成在一起，一般每个方向加速度信息分别对应一个质量块；后者则是通过单惯性质量块完成对三个方向加速度的测量。三维加速度传感器在开始的一段时间主要是将多个单维加速度传感器集成在一起实现对三维信息的获取，由于三个质量块的存在，质心的不一致带来测量方面的误差，且由于多个单轴向传感器合成在一起，是的整个传感器的体积相对较大。因此目前三维加速度传感器向着一体化方向发展。

目前，对于一体化结构的三维加速度传感器的研究历史不长。而近年来，随着半导体微加工技术的发展，基于不同工作原理的三维加速度传感器纷纷推出，主要以压电式、压阻式、电容式为主。在结构设计上，有悬臂梁型、双梁型、四梁型、岛型等。在应变片的应用方面，日本提出了应变式全剪切三维加速度传感器，但是此种传感器加工精度要求比较高，制造工艺成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低的应变式三维加速度传感器，其可以同时实现物体三维振动状态检测。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应变式三维加速度传感器，其特征在于：包括弹性体、固定胶、质量块和8个应变片，其中所述弹性体的轴向截面呈“┻”形，该弹性体的下端为轮辐结构，上端为圆柱体结构且其上端面由所述固定胶固定连接所述质量块； 

在所述轮辐同一条线的辐条上对称设置有四个应变片：第一应变片和第三应变片设置于所述辐条的上表面，第二应变片和第四应变片设置于所述辐条的下表面，由该四个应变片的电阻变化来反映Z轴方向的加速度变化；在所述弹性体的圆柱体上周向均匀设置有四个应变片：第五应变片、第六应变片、第七应变片和第八应变片，其中由所述第五应变片、第六应变片的电阻变化来反映X轴方向的加速度变化，由所述第七应变片、第八应变片的电阻变化来反映Y轴方向的加速度变化。

所述第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片构成全桥测量电路，第一稳压器连接所述第一应变片与第四应变片的连接节点，向所述全桥测量电路提供稳压电源，第一滑动电阻器连接所述第二应变片与第三应变片的连接节点，用于平衡初始调零，且由所述第一应变片与第二应变片的连接节点，所述第三应变片与第四应变片的连接节点输出Z轴方向加速度的电信号；

所述第五应变片、第六应变片与第一定值电阻、第二定值电阻构成第一半桥测量电路，第二稳压器连接所述第五应变片与第一定值电阻的连接节点，向所述第一半桥测量电路提供稳压电源，第二滑动电阻器连接所述第六应变片与第二定值电阻的连接节点，用于平衡初始调零，且由所述第五应变片与第六应变片的连接节点、所述第一定值电阻与第二定值电阻的连接节点输出X轴方向加速度的电信号；

所述第七应变片、第八应变片与第三定值电阻、第四定值电阻构成第二半桥测量电路，第三稳压器连接所述第七应变片与第三定值电阻的连接节点，向所述第二半桥测量电路提供稳压电源，第三滑动电阻器连接所述第八应变片与第四定值电阻的连接节点，用于平衡初始调零，且由所述第七应变片与第八应变片的连接节点、所述第三定值电阻与第四定值电阻的连接节点输出Y轴加速度的电信号。

所述第一应变片与第二应变片的连接节点、所述第三应变片与第四应变片的连接节点分别连接第一级运算放大器AD1的正负输入端，Z轴方向加速度的电信号由所述第一级运算放大器AD1前置差分放大，再经第二级运算放大器OPA1放大滤波处理后，传输给第三级电压跟随器OPB1进行隔离处理；

所述第五应变片与第六应变片的连接节点、所述第一定值电阻与第二定值电阻的连接节点分别连接第一级运算放大器AD2的正负输入端，X轴方向加速度的电信号由所述第一级运算放大器AD2前置差分放大，再经第二级运算放大器OPA2放大滤波处理后，传输给第三级电压跟随器OPB2进行隔离处理；

所述第七应变片与第八应变片的连接节点、所述第三定值电阻与第四定值电阻的连接节点分别连接第一级运算放大器AD3的正负输入端，Y轴方向加速度的电信号由所述第一级运算放大器AD3前置差分放大，再经第二级运算放大器OPA3放大滤波处理后，传输给第三级电压跟随器OPB3进行隔离处理；