[发明专利]基于孤极超声电机的加速度传感器

说明书

本发明提出了一种基于孤极超声电机的加速度传感器，包括金属弹性体与压电陶瓷、信号调理电路；压电陶瓷按照产生A、B两相驻波并满足其空间相位差π/2，即在A、B两相极化区中间留有λ/4的区域，把正向极化的λ/4的孤极区域引出导线作为正极用来提供反馈信号，金属弹性体连出的导线作为负极，分别与信号调理电路的正负极相连接；信号调理电路包括电荷放大电路以及滤波电路，电荷放大电路直接与孤极相连接，滤波电路与电荷放大电路相连接；通过分析信号调理电路的输出信号，探测与识别冲击条件下的加速度信号。该方法解决了超声电机孤极应用单一的问题，并简化了超声电机在冲击环境中应用时所需的系统器件。

技术领域

本发明涉及到一种加速度传感器，具体涉及到将超声电机中的孤极作为加速度传感器，对加速度信号进行探测与识别。

背景技术

超声电机(Ultrasonic Motor，USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。

为了在旋转型超声电机的定子表面产生两相驻波，压电陶瓷环通常按照特殊的极化方式进行配置，其中有一块特殊的极化区域称为孤极。公开号为“CN 201805368”，发明名称为“带有孤极反馈控制的超声电机驱动器”的专利中提出了一种利用孤极的反馈信号对超声电机的转速进行稳定控制的驱动器。公开号为“CN 107167734”，发明名称为“一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法及装置”中提出了一种利用孤极的反馈信号进行超声电机启动特性测试的装置。

目前针对孤极的应用研究主要集中在对超声电机转速的稳定控制上，由于冲击环境下，对于加速度传感器的灵敏度和测试的速率都有极高的要求，目前还未有人提出超声电机弧极加速度传感器。

发明内容

1、本发明的目的

在冲击环境下加速度的瞬时测试准确性和强度要求，本发明提出了将孤极作为加速度传感器，探测与识别加速度信号。

2、本发明所采用的技术方案

本发明提出的基于孤极超声电机的加速度传感器，包括金属弹性体与压电陶瓷、信号调理电路；压电陶瓷按照产生A、B两相驻波并满足其空间相位差π/2，即在A、B两相极化区中间留有λ/4的区域，把正向极化的λ/4的孤极区域引出导线作为正极用来提供反馈信号，金属弹性体连出的导线作为负极，分别与信号调理电路的正负极相连接；信号调理电路包括电荷放大电路以及滤波电路，电荷放大电路直接与孤极相连接，滤波电路与电荷放大电路相连接；通过分析信号调理电路的输出信号，探测与识别冲击条件下的加速度信号。

更进一步为了提高准确性，电荷放大电路对孤极输出的微弱电信号进行放大，以便后续滤波电路进行处理，主要包括运算放大器与反馈电容与电阻。

更进一步，滤波电路去除孤极信号中的噪音信号，保留有效的加速度信号，包括运算放大器及电容电阻组成的有源滤波器。

更进一步，电荷放大电路包括运算放大器OP07，运放保护电阻R1与R2，反馈电阻Rf与反馈电容Cf组成；运算放大器的正负输入端分别连接保护电路 R2与R1，R2的另一端接地，R1的另一端连接孤极的输出信号。反馈电阻与电容Rf与Cf以并联的方式分别连接运放的输出端与R1。

更进一步，滤波电路包括电阻R11、R21与电容C11、C21以及运放组成了一个二阶巴特沃兹滤波器，两个二阶巴特沃兹滤波器相连组成了一个四阶巴特沃兹滤波器；各个电阻与电容的具体数值根据滤波需求进行确定。

更进一步，冲击环境下的电信号包括包括加速度幅值与脉宽。

3、本发明的有益效果