[发明专利]一种摆式加速度计

说明书

本发明公开一种摆式加速度计，其中加速度计述表芯包括硅摆片(10)、光学位移传感器、力矩器组件和底座(9)，硅摆片(10)包括定片(1)、动片(3)和连接这两者的挠性支承梁(2)，光学位移传感器包括光源(6)、光电接收器(7)及位于两者之间的可动光窗(5)，力矩器组件包括磁钢组件(8)和力矩器线圈(4)，力矩器线圈(4)和可动光窗(5)固定在动片(3)上，三者构成可绕挠性支承梁摆动的摆质量，磁钢组件(8)和底座(9)形成环状气隙磁场，力矩器线圈(4)在环状气隙磁场中工作，提供反馈力。本发明的摆式加速度计将光学位移检测方式与整体摆相结合，应用于加速度计测量，实现精度为μg0/ppm级的加速度测量。

技术领域

本发明属于高精度仪器仪表技术领域，具体涉及一种摆式加速度计。

背景技术

加速度计是测量运动载体线加速度的仪表，是惯性导航系统的核心器件之一。在高精度惯性导航领域，应用最广泛的加速度计产品仍以摆式加速度计为主，具有结构简单、体积小、寿命长、精度和灵敏度高、温度系数小、性能稳定等优点，广泛应用于飞机、导弹、火箭、船舶、车辆的惯性导航系统，以及石油钻井、建筑、堤坝的倾角测量以及地震监测等领域。

现有摆式加速度计中，摆片和固定极板组成差分电容位移传感器，当有外界加速度信号输入时，摆片受到惯性力的作用发生摆动，从而使得差分电容位移传感器的电容值发生改变，通过伺服电路的C-V读出电路，使得差分电容变化转化为电压信号的变化，再通过信号调理电路反馈输出相应的电流，经过力矩器线圈给力矩器，从而产生平衡力矩去抵消外部惯性加速度产生的惯性力，达到了闭环系统的力平衡，而输入给力矩器的反馈电流的大小正比于输入惯性加速度的值，从而实现了加速度的度量。

上述差分电容位移传感器为一种面位移检测传感器，关键部件为挠性摆片，加工与装配过程中带来摆片变形及其稳定性直接影响了加速度计的性能。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种测量精度高、综合性能好的摆式加速度计。

本发明的上述目的是利用以下的技术方案实现的：

一种摆式加速度计，包括表芯，其中所述表芯包括硅摆片、光学位移传感器、力矩器组件和底座，所述硅摆片包括定片、动片和连接这两部分的挠性支承梁，所述光学位移传感器包括光源、光电接收器及位于光源和光电接收器之间的可动光窗，力矩器组件包括磁钢组件和力矩器线圈，其中所述定片、光源与光电接收器和磁钢组件固定在底座上，力矩器线圈和可动光窗固定在动片上，三者构成可绕挠性支承梁摆动的摆质量，磁钢组件和底座形成环状气隙磁场，力矩器线圈在环状气隙磁场中工作，提供反馈力。

进一步地，所述硅摆片为长摆臂构型，摆质量的质心距离摆动中心达到10mm以上，长摆臂构型有助于提高加速度计的检测分辨率。

进一步地，所述表芯包括相互垂直安装，且与电路一体化封装的三个独立表芯，从而构成结构紧凑，测试方便的三轴一体化加速度计。

加速度计精度的提高有两种途径：一是降低摆质量的谐振频率，另一种方法是提高加速度计信号传感器的检测分辨率。当有外界加速度信号输入时，所述摆质量受到惯性力的作用发生摆动，通过光学位移传感器测量摆质量的位移，并通过伺服控制电路放大位移传感器的电流信号，再输入到力矩器线圈，力矩器线圈工作在气隙磁场中，从而产生平衡力矩去抵消外部惯性加速度产生的惯性力，达到了闭环系统的力平衡，而输入给力矩器的反馈电流的大小正比于输入惯性加速度的值，从而实现了加速度的测量。由于本发明中信号传感器采用光学位移传感器检测摆质量的位移，可实现埃级位移检测分辨率，且受电子噪声、机械热噪声及环境电磁干扰的影响较小，从而本发明摆式加速度计的精度可实现μg0/ppm水平。

本发明的优点是：将光学位移检测方式与整体摆相结合，应用于加速度计测量，实现精度为μg0/ppm级的加速度测量。

附图说明