[發明專利]一種無方向性力平衡加速度傳感器

無效

• 申請號: 200810180490.2
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101419243A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 李彩華;李小軍
• 申請（專利權）人: 中國地震局工程力學研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125;G01H11/06
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 程殿軍;張穎玲

技術領域

本發明涉及中低頻振(震)動和結構振動測試領域的傳感器技術，尤其涉及一種無方向性力平衡加速度傳感器。?

背景技術

加速度傳感器是用來將加速度這一物理信號轉變成便于測量的電信號的測試儀器，常用于工業、國防等許多領域中對沖擊、振動進行測量。采用這種設計原理的傳感器在振動信號測量領域已經得到廣泛應用，該種傳感器特別適合地震、建筑、軍事、交通、機械、航海等領域的振動測量。?

力平衡加速度傳感器是目前發展比較成熟的一種加速度傳感器產品，其基本特征為：借助于激勵信號調制、解調，通過差動電容結構提取出表征加速度變化的電壓信號，加入力反饋進行電壓輸出，其輸出電壓的大小與電容極板運動位移成正比，而電容極板的位移量與傳感器外殼體運動的加速度成正比，因此電容中間極板的輸出電壓就是傳感器殼體的運動加速度。在實際利用力平衡加速度傳感器對地震信號振動量進行測量中，由于地震信號的動態范圍較大、信號頻率較低，例如動態范圍可高達120dB，頻率范圍一般從0Hz～80Hz，借助于這種傳感器的動態范圍大、低頻性能好、靈敏度高、體積小、低功耗、高阻抗、本身不發熱和結構簡單等優點，通過捕捉電容的極距變化來獲得電容值，并通過電子線路將電容變化值提取出來，用以測量振動加速度等機械量。?

圖1為現有力平衡加速度傳感器原理及結構示意圖，如圖1所示，該加速度傳感器采用差容作為傳感器的閉環式傳感器，內部被設計成單自由度振動系統，其中加速度計慣性元件即活動電極和兩個固定電極組成可變電容器，當由于加速度而使慣性元件產生位移時，所述電容器就把位移變化轉換成靜電電容?的變化，再利用差動脈沖幅度調制電路將電容變化轉化成電壓輸出量。如圖所示，所述變極距電容結構是以空氣為介質的兩個平行金屬板組成的平行板電容器，當不考慮邊緣電場影響時，其電容量可用下式表示：?

C=ϵrϵ0Ad(F)]]>

式中：ε₀代表真空介電常數(ε₀＝8.85×10^-12(F/m))；?

ε_r代表極板間介質的相對介電常數，對空氣介質而言ε_r＝1；?

A代表兩個平行極板相互覆蓋的面積(m²)；?

d代表兩個平行極板間的距離(m)；?

由式(1)可知，平行電容器的電容量是極板覆蓋面積、極板間距、相對介電常數的函數，如果保持極板覆蓋面積、相對介電常數這兩個參數不變，僅僅改變極板間距就構成了變極距式電容傳感器，即一個極板固定，另一個極板與被測物體相連，當被測物體做上下位移時，將引起電容量的變化，通過測量電路將這種電容變化轉化為電壓變化，即可測定出物體位移的大小，而物體位移的大小可以代表了物體運動加速度。?

假設當極板間初始間隙為d₀時，則?C0=ϵ0Ad0,]]>當極板間距減小Δd時，電容量增加ΔC見式(2)：?