[发明专利]敏感组件应力消除结构及具有其的振梁加速度计

说明书

本发明提供了一种敏感组件应力消除结构及具有其的振梁加速度计，该结构包括应力消除主体单元、第一和第二应力释放外环，应力消除主体单元具有振梁阻尼腔和摆挠性支撑阻尼腔，振梁阻尼腔与摆挠性支撑阻尼腔呈夹角设置，振梁阻尼腔用于容纳设置振梁叉指组件，摆挠性支撑阻尼腔用于容纳设置摆挠性支撑组件，第一和第二应力释放外环均设置在应力消除主体单元的周缘，第一和第二应力释放外环之间形成应力释放腔。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中振梁加速度计的力学环境适应性差、热学环境适应性差以及输出对称性差的技术问题。

技术领域

本发明涉及加速度计技术领域，尤其涉及一种敏感组件应力消除结构及具有其的振梁加速度计。

背景技术

以巡航导弹、远程轰炸机、潜艇、洲际导弹、高超声速飞行器为代表的新一代战略武器，对高精度、高可靠、高稳定性、低成本的小型高精度加速度计的需求极为迫切。典型指标是测量范围±50g，偏值稳定性5μg，标度因数稳定性5ppm。目前采用陀螺摆加速度计(简称PIGA)，但其复杂的结构、较大的体积和重量、维护困难等特点难以满足未来战略武器的发展需求。以振梁为原理的MEMS加速度计是当前小型高精度加速度计最重要的技术发展方向，可以覆盖战略领域的应用，是战略武器高精度惯性导航系统的首选核心器件。

振梁加速度计是通过一对精密挠性支撑束缚检测质量块做单自由度运动，在检测质量块的输入轴方向安装一对以推挽方式加载的力敏感振梁，当有加速度输入时，检测质量块产生力效应，并把力传递到振梁上，使得一个振梁承受拉力作用频率升高，另一个振梁承受压力作用频率降低，这两个频率差与输入的加速度成正比，通过晶体振荡器电路检测出这两个频率值，再根据它们之间的数学模型计算出加速度值。

敏感组件是振梁加速度计的重要组成部分，敏感组件在力学环境与热学环境下的应力释放直接影响振梁加速度计的环境适应性，振梁是敏感组件感应与输出加速度信号的关键部件，双振梁的振动环境直接影响振梁加速度计的精度，在目前振梁加速度计设计上需要解决以下问题：

1、力学环境适应性差，外界冲击、振动带来的力学应力直接传递到敏感组件；

2、热学环境适应性差，外界温度带来的热应力直接传递到敏感组件；

3、双振梁工作环境不同，导致输出对称性差。

发明内容

本发明提供了一种敏感组件应力消除结构及具有其的振梁加速度计，能够解决现有技术中振梁加速度计的力学环境适应性差、热学环境适应性差以及输出对称性差的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种敏感组件应力消除结构，敏感组件应力消除结构包括：应力消除主体单元，应力消除主体单元具有振梁阻尼腔和摆挠性支撑阻尼腔，振梁阻尼腔与摆挠性支撑阻尼腔呈夹角设置，振梁阻尼腔用于容纳设置振梁叉指组件，摆挠性支撑阻尼腔用于容纳设置摆挠性支撑组件；第一应力释放外环和第二应力释放外环，第一应力释放外环和第二应力释放外环均设置在应力消除主体单元的周缘，第一应力释放外环与第二应力释放外环间隔设置，第一应力释放外环和第二应力释放外环之间形成应力释放腔。

进一步地，振梁阻尼腔包括第一振梁阻尼腔单元和第二振梁阻尼腔单元，振梁叉指组件包括第一振梁叉指和第二振梁叉指，第一振梁阻尼腔单元和第二振梁阻尼腔单元相对于应力消除主体单元的中心轴线对称设置，第一振梁阻尼腔单元用于容纳设置第一振梁叉指，第二振梁阻尼腔单元用于容纳设置第二振梁叉指。

进一步地，摆挠性支撑阻尼腔包括第一摆挠性支撑阻尼腔单元和第二摆挠性支撑阻尼腔单元，摆挠性支撑组件包括第一摆挠性支撑和第二摆挠性支撑，第一摆挠性支撑阻尼腔单元和第二摆挠性支撑阻尼腔单元相对于应力消除主体单元的中心轴线对称设置，第一摆挠性支撑阻尼腔单元用于容纳设置第一摆挠性支撑，第二摆挠性支撑阻尼腔单元用于容纳设置第二摆挠性支撑。

进一步地，应力消除主体单元的材质包括石英或金属。

进一步地，振梁阻尼腔和摆挠性支撑阻尼腔均为长条形结构腔体。