[发明专利]一种热膨胀式流体二维加速度计及其加工方法

说明书

本发明涉及惯性测量技术领域，尤其是涉及一种热膨胀式流体二维加速度计及其加工方法。该热膨胀式流体二维加速度计采用方形结构的检测层、悬置金属电阻桥加热丝和金属电阻桥热敏丝，上密封层与下密封层组成密闭腔体，并配合相应的检测和处理信号电路，可实现二维加速度的同时检测。该结构在X轴和Y轴方向分别放置两根金属电阻桥加热丝，在每根金属电阻桥加热丝两侧的两根金属电阻桥热敏丝，可实现加速度值的准确测量。另外，该加速度计具有结构简单，制作和装配方便，成本低，功耗低，抗冲击能力强，寿命长的特点。

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，尤其是涉及一种热膨胀式流体二维加速度计及其加工方法。

背景技术

在过去几十年间，以悬臂支撑梁和固体质量块作为敏感元件的微机械加速度计，易在外界的高速冲击下发生断裂或损坏，结构容易疲劳；而且，为了提高这种加速度计的灵敏度，必须将敏感元件放在真空环境中和降低气体阻尼系数,但是这种制作工艺成本较高且复杂。相比而言，利用流体作为敏感元件，制作而成的器件可实现结构简单、抗冲击能力强、寿命长和成本低的特点，具有优良的性能。之前，利用热对流原理制作而成的加速度计，由于热对流气体的流速较慢，且依赖重力加速度g，导致其灵敏度较低和易受外界环境的影响。以上两个因素的影响导致热对流加速度计的灵敏度无法提高，限制了热流加速度计的应用。因此，本领域技术人员致力于研发一种能够克服以上两种因素对加速度计的影响，提高加速度计的性能。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热膨胀式流体二维加速度计及其加工方法，利用周期性方波电压形成的热膨胀流，可同时实现两轴加速度的测量。结构简单、寿命长、抗冲击能力强、成本低，同时可抵抗外界环境的干扰和提高流体加速度计的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种热膨胀式流体二维加速度计，其包括：上密封层、下密封层、中间检测层；所述中间检测层设置有方形结构，所述方形结构设置有金属电阻桥热敏丝、金属电阻桥加热丝和绝缘子接线柱；所述上密封层设置有上密封层内槽，所述下密封层设置有下密封层内槽，所述上密封层与所述下密封层构成加速度计的敏感腔体，所述敏感腔体内部的气体与外界隔离以形成一个封闭的工作环境。

作为一种进一步的技术方案，所述方形结构的四边中心对称悬置四根金属电阻桥加热丝，且各个金属电阻桥加热丝与相应边保持平行。

作为一种进一步的技术方案，在所述方形结构上，与每根金属电阻桥加热丝距离相同长度且相对平行的位置悬置两根金属电阻桥热敏丝。

作为一种进一步的技术方案，定义所述方形结构的垂直的相邻两边所在方向分别为X方向、Y方向，所述敏感腔体的高度方向为Z向；所述金属电阻桥热敏丝包括检测X轴加速度的金属电阻桥热敏丝、检测Y轴加速度的金属电阻桥热敏丝；检测X轴加速度的金属电阻桥热敏丝为四根，对称悬置于方形结构X轴向两边上，并在相应边上的金属热敏加热丝两侧对称放置；检测Y轴加速度的金属电阻桥热敏丝为四根，对称悬置于方形结构Y轴向两边上，并在相应边上的金属热敏加热丝两侧对称放置；四根金属电阻桥加热丝的悬置高度一致，均为z1；检测X轴加速度的四根金属电阻桥热敏丝、检测Y轴加速度的四根金属电阻桥热敏丝的悬置高度一致，均为z2，满足：z1＝z2。

作为一种进一步的技术方案，所述金属电阻桥加热丝加载周期性的方波电压，方波电压的一个工作周期包括通电时间与断电时间。

作为一种进一步的技术方案，所述金属电阻桥热敏丝加载恒定电压。

作为一种进一步的技术方案，每一所述金属电阻桥加热丝由相同长度的Pt金属电阻线制成。