[發(fā)明專利]一種壓電式十二維傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810070130.7
• 申請日: 2008-08-18
• 公開（公告）號: CN101344446A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉俊;秦嵐;劉京誠;李敏
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L3/00;G01P15/18
• 代理公司: 重慶大學專利中心
• 代理人: 張榮清

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領域，特別涉及一種能測量三維力、三維力矩、三維線加速度和三維角加速度的十二維的傳感器。

背景技術(shù)

從同時檢測空間全力(三維力、三維力矩、三維線加速度和三維角加速度)信息的角度看，現(xiàn)有的各種三維、六維傳感器均不能滿足需要，因此，近年來對能夠同時檢測空間全力信息的十二維傳感器的研究受到了國內(nèi)外有關科研機構(gòu)的關注。但由于這種傳感器結(jié)構(gòu)復雜，標定困難，國際上目前仍然只有為數(shù)不多的科研機構(gòu)在投資開發(fā)研究?，F(xiàn)有的十二維傳感器采用了雙Stewart平臺作為彈性體的結(jié)構(gòu)形式，在12個彈性支柱上粘貼了應變片，形成了十二個全橋電路，通過解耦十二路信號得到三維力、三維力矩、三維線加速度和三維角加速度，這種十二維傳感器的測量原理實質(zhì)上是通過傳感元件(應變片)檢測彈性體的形變來間接檢測空間全力信息的。因此，它存在著傳感器特性受彈性體影響，傳感器結(jié)構(gòu)和加工工藝復雜、加工制作難度大、成本高、維間耦合嚴重的問題。

從消除維間耦合的角度來看，申請?zhí)枮?00810069839.5、名稱為《一種壓電式六維加速度傳感器》的技術(shù)方案解決得較好。然而，該技術(shù)方案卻不能同時測量三維力和三維力矩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低、無維間耦合的壓電式十二維傳感器。

為實現(xiàn)所述發(fā)明目的，提供這樣一種壓電式十二維傳感器。它與現(xiàn)有技術(shù)相同的方面是，該傳感器包括帶有導線孔和與該導線孔相通的外插座的基座、蓋在該基座上的蓋子、通過預緊螺釘壓住而從下往上安裝在該基座內(nèi)的六維加速度檢測計和慣性質(zhì)量塊。該預緊螺釘?shù)妮S線和該六維加速度檢測計的軸線，均與該傳感器的工作三維直角坐標系的Z軸同軸。

該六維加速度檢測計由共有十六片石英晶片的第一晶片組和夾持這第一晶片組的十六片石英晶片的兩塊鏡像對稱的環(huán)形的第一絕緣電極板構(gòu)成。這第一晶片組的十六片石英晶片在一個與所述Z軸同軸的三維直角坐標系的X、Y平面中，均勻布置于一個Z軸通過其圓心的一個第一參考圓的圓周上。其中，在該第一參考圓與X、Y軸所成夾角的角平分線交點處，安置的是第一晶片組中的四片X0°切型石英晶片，該第一晶片組中的其余十二片石英晶片為Y0°切型石英晶片。這第一晶片組中的四片X0°切型石英晶片的敏感軸垂直于該第一參考圓且其敏感軸的方向一致，這四片X0°切型石英晶片的Y軸的延長線與傳感器的工作三維直角坐標系的Z軸正交，且該Y軸的正向均沿該第一參考圓離心或向心分布；每一X0°切型石英晶片兩側(cè)緊鄰的Y0°切型石英晶片的敏感軸與該第一參考圓相切且其敏感軸的方向均按順時針或者均按逆時針排列。在該第一參考圓與X、Y軸交點處的該第一晶片組中的四片Y0°切型石英晶片的敏感軸對應重疊在所在的X軸或Y軸上、且這四片Y0°切型石英晶片的敏感軸的方向均與所對應的X軸或Y軸同向或者反向。

兩塊第一絕緣電極板的內(nèi)側(cè)上均有與這第一晶片組的十六片石英晶片一一對應的十六個電極。其中，與同在X軸上的兩片Y0°切型石英晶片所對應的電極連通、構(gòu)成X向的線加速度值的信號輸出端；與同在Y軸上的兩片Y0°切型石英晶片所對應的電極連通、構(gòu)成Y向的線加速度值的信號輸出端；與每一片X0°切型石英晶片兩側(cè)緊鄰的Y0°切型石英晶片所對應的電極以靠近X軸負向一側(cè)的兩片電極為首尾、依次串連構(gòu)成Z向的角加速度值的信號輸出端。與四片X0°切型石英晶片所對應的四個電極各自為一個加速度待算信號輸出端，這四個加速度待算信號輸出端的輸出值通過加法運算，為Z向的線加速度值；位于Y軸負向一側(cè)兩個加速度待算信號輸出端的輸出值之和，減去另兩個加速度待算信號輸出端的輸出值，為X向的角加速度值；位于X軸正向一側(cè)兩個加速度待算信號輸出端的輸出值之和，減去另兩個加速度待算信號輸出端的輸出值，為Y向的角加速度值。兩塊第一絕緣電極板內(nèi)側(cè)上相同的信號輸出端分別通過穿過導線孔的絕緣屏蔽信號引線與各自對應的外插座連接。

其改進之處是，本發(fā)明的基座有一個外殼體，在該基座的外殼體之內(nèi)有兩個與所述Z軸同軸的圓筒型凸臺。

在內(nèi)的這一圓筒型凸臺是加速度檢測計安裝凸臺，該加速度檢測計安裝凸臺呈無底的圓筒狀，其中間的圓孔為螺紋孔。所述六維加速度檢測計及其上方的慣性質(zhì)量塊安裝在該加速度檢測計安裝凸臺的臺面上，預緊螺釘通過其螺桿前端的螺紋擰在該加速度檢測計安裝凸臺的螺紋孔上半部分。該預緊螺釘?shù)妮S心有一貫通的圓孔；有一個通過其下端的外螺紋擰緊在該加速度檢測計安裝凸臺的螺紋孔下半部分的封裝螺紋筒，以間隙配合狀態(tài)向上穿過該預緊螺釘軸心的圓孔。