[发明专利]一种新型石英玻璃摆片

说明书

本发明涉及一种新型石英玻璃摆片，包括一个圆形支撑环、两个挠性支撑梁和一个自由摆动的摆舌，两个挠性支撑梁并列对称于轴线设置，摆舌通过挠性支撑梁和圆形支撑环连接，圆形支撑环上有三个安装定位凸台，该三个安装定位凸台沿垂直轴线对称分布，圆形支撑环的中心同轴制出一个通气孔，在通气孔和挠性支撑梁之间的圆形支撑环上制出一个隔离槽，隔离槽与通气孔同轴设置，隔离槽上制出开口，开口方向远离两个挠性支撑梁并且保持左右对称。本新型结构石英玻璃摆片在国内是首次提出。采用该结构形式后，较原有传统结构，摆组件温度敏感性显著降低，提高装配过程的成活率一倍以上，同时提高了加速度计长期稳定性，在NJS/A型石英加速度计得到应用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种新型的石英挠性加速度计用石英玻璃摆片，是实现高精度加速度测量的核心元件。

背景技术

石英挠性加速度计是一种测量加速度的高精度传感器，是惯性系统的重要部件，石英玻璃摆片是加速度计的核心零件。石英摆片的挠性梁部位，厚度仅为0.03mm，是敏感检测质量从而产生挠性位移的关键部位。石英挠性加速度计最早由美国森的斯坦公司于二十世纪七十年代研制成功，具体结构在美国专利(专利号4250757)有详细描述，结构如图1所示，图1是石英挠性加速度计的三维爆炸视图。

石英挠性加速度计工作原理为：当产品有沿敏感轴方向的加速度作用时，由于没有合外力作用，摆片保持原有运动状态，因此相对上、下力矩器产生位移，使两侧平板电容形成电容差。差动电容传感器敏感到电容差，产生一个与电容差成比例的电流。电流经伺服电路滤波、积分、放大等处理后加载在力矩线圈上，载流力矩线圈受到力矩器磁场的作用产生一个与输入加速度方向相同的电磁力F，使挠性摆片回复到平衡位置(两侧电容相等)。此时力矩线圈中的力矩电流反映了加速度的大小和方向，检出力矩线圈上的电流即可计算出输入加速度，实现加速度的测量。

由石英玻璃摆片为主构成的摆组件，是石英挠性加速度计的关键组件，对加速度计的性能起着决定性作用。摆组件由一个石英玻璃摆片和两个缠绕线圈的骨架粘接而成，结构如图2所示。图2是石英挠性加速度计摆组件的结构示意图，它包括由熔融石英玻璃制成的石英摆片21、力矩线圈22缠绕在骨架23上，骨架23一般由铝合金材料加工而成，通过环氧树脂胶26粘接于石英摆片21正反两面上。

目前，由于受成本和加工难度所限，线圈骨架的材料一般为铝合金，其膨胀系数和石英玻璃的线胀系数相差较大，这就会导致摆组件在完成粘接后，随着环境温度的变化，骨架产生变形大于石英玻璃摆片的变形，由于变形量的不匹配，不可避免会在摆组件的粘接面处产生应力并向四周扩散。该应力虽然可以被粘接层通过变形消除一部分，但是无法全部消除。未消除的应力通过粘接面向四周传递，最终会对挠性梁产生影响，导致对敏感质量的检测出现误差，最终造成加速度计的测量误差。

基于上述情况，需要对摆片的结构进行重新优化设计，尽量减小由于材料不匹配导致的应力对挠性梁的影响，从而保证加速度计在外部环境变化时，仍然可以保持较高的精度，满足相应系统的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种能隔离摆组件粘接层随温度产生的应力，并改善摆组件的温度性能的新型石英玻璃摆片。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种新型石英玻璃摆片，包括一个圆形支撑环、两个挠性支撑梁和一个自由摆动的摆舌，两个挠性支撑梁并列对称于轴线设置，摆舌通过挠性支撑梁和圆形支撑环连接，圆形支撑环上有三个安装定位凸台，该三个安装定位凸台沿垂直轴线对称分布，圆形支撑环的中心同轴制出一个通气孔，其特征在于：在通气孔和挠性支撑梁之间的圆形支撑环上制出一个隔离槽，该隔离槽与通气孔同轴设置，该隔离槽上制出开口，该开口方向远离两个挠性支撑梁，并且保持左右对称。

而且，所述的石英摆片整体呈圆形片状，直径为φ15mm–φ23mm，厚度为0.6mm–0.8mm。