[發明專利]一種零位自補償的線性加速度計

有效

• 申請號: 201110267277.7
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102323448A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 張堯舜;肖衛民
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第六一八研究所
• 主分類號: G01P15/125
• 分類號: G01P15/125
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，涉及一種零位自補償的線性加速度計。

背景技術

加速度計是慣性導航、慣性制導、飛行自動控制系統中最核心的敏感元件之一，用來測量沿其輸入軸作用的常值和低頻加速度a_i，無論在航天航空，還是在其它技術領域都得到了廣泛應用。慣性級加速度計常為閉環擺式結構形式，其主要由信號傳感器、力矩器、再平衡電路組成。當前高精度加速度計的信號傳感器一般采用電容式，例如，應用在戰術與戰略導彈上的美國QA3000加速度計傳感器就為電容式。現有高精度加速度計的組成及原理見圖1。在該圖中電容器C₁、C₂的差動電容大小(pF級)及穩定性直接決定了加速度計零位的大小及零位的長期穩定性性能。

近年來隨著應用領域的發展，對加速度計零位的大小及零位的長期穩定性性能的要求在不斷提高。依照其應用對象和使用環境，加速度計零位的大小大體要求在10^-3g～10^-5g范圍；零位的長期穩定性性能10^-5g～10^-6g。

從現有高精度加速度計的組成及原理圖1可以看出，由于電容信號傳感器中決定電容量大小的動板和定板采用機械連接或膠粘工藝，隨著時間的推移或溫度的變化，動板、定板會發生變形，機械連接部分也會變化或膠粘變形，使傳感器的電容量發生變化，使加速度計零位的大小及零位的長期穩定性性能發生變化。

為了滿足加速度計的零位大小要求及提高零位的長期穩定性性能，從國內外的信息可以得出，一方面用戶應用加速度計時，需定期對加速度計及用戶系統反復重新進行標定，可靠性差且成本高；另一方面研制新型加速度計，包括：改進磁路(采用高磁稀土永磁材料以及改善溫度穩定性等)、選用新型信號傳感器、改進撓性鉸鏈、優化電子線路和增加溫度補償等方面，采用此種方式生產的加速度計，其原理復雜、成本高、體積大、可靠性差。

發明內容

本發明的目的是：針對現有技術的不足，提供了原理簡單、實施方便、成本低、可靠性高的一種零位自補償的線性加速度計。

本發明的技術解決方案是：裝置包括電容定板、電容動板、電容檢測極板、第一電容拾取電路、第二電容拾取電路、補償電路、校正驅動電路、力矩器、固定柱、殼體；電容定板位于電容動板和電容檢測極板的中間位置，電容定板兩工作面均有對稱的電極板13，電容定板上的電極板分別與電容動板和電容檢測極板上的電極板構成四個電容器；電容檢測極板及其上面電極板的材料、形狀、尺寸大小與電容動板完全相同，并且結構完全對稱；第一電容拾取電路拾取電容動板和電容定板所構成電容C₁、C₂的電壓值，第一電容拾取電路輸出端與補償電路的正輸入端相連，第二電容拾取電路拾取電容定板和電容檢測極板所構成電容C₃、C₄的電壓值，第二電容拾取電路輸出端與補償電路的負輸入端相連接；補償電路的輸出信號U₃接入校正驅動電路的輸入端，校正驅動電路輸出端與力矩器中的力矩線圈輸入端連接，力矩線圈輸出端通過采樣電阻R_L與信號地連接，電容定板、電容動板、電容檢測極板通過機械緊固件或膠連接在固定柱上。

所述的第一電容拾取電路由振蕩器AZ、檢測電橋R₁、R₂、C₁、C₂、電壓放大器A₁組成，將C₁、C₂電容的變化量轉換為與C₁、C₂電容差成正比例的電壓信號U₁；第二電容拾取電路由振蕩器AZ、檢測電橋Rp₁、Rp₂、C₃、C₄、電壓放大器A₂組成，將C₃、C₄電容的變化量轉換為與C₃、C₄電容差成正比例的電壓信號U₂。