[發明專利]應變式三維加速度傳感器

有效

• 申請號: 201110283051.6
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102435775A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 邵毅敏;王輝;鮮敏;王培;周儉基;陳林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及一種應變式傳感器，尤其是一種應變式三維加速度傳感器。

背景技術

目前的三維加速度傳感器，根據三維信息是通過單慣性質量塊還是多慣性質量塊獲取分為兩種結構形式：合成式和一體化式。前者是通過將多個單向加速度傳感器采用正交的方式合成在一起，一般每個方向加速度信息分別對應一個質量塊；后者則是通過單慣性質量塊完成對三個方向加速度的測量。三維加速度傳感器在開始的一段時間主要是將多個單維加速度傳感器集成在一起實現對三維信息的獲取，由于三個質量塊的存在，質心的不一致帶來測量方面的誤差，且由于多個單軸向傳感器合成在一起，是的整個傳感器的體積相對較大。因此目前三維加速度傳感器向著一體化方向發展。

目前，對于一體化結構的三維加速度傳感器的研究歷史不長。而近年來，隨著半導體微加工技術的發展，基于不同工作原理的三維加速度傳感器紛紛推出，主要以壓電式、壓阻式、電容式為主。在結構設計上，有懸臂梁型、雙梁型、四梁型、島型等。在應變片的應用方面，日本提出了應變式全剪切三維加速度傳感器，但是此種傳感器加工精度要求比較高，制造工藝成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種成本較低的應變式三維加速度傳感器，其可以同時實現物體三維振動狀態檢測。

為了實現上述目的，本發明提供了一種應變式三維加速度傳感器，其特征在于：包括彈性體、固定膠、質量塊和8個應變片，其中所述彈性體的軸向截面呈“┻”形，該彈性體的下端為輪輻結構，上端為圓柱體結構且其上端面由所述固定膠固定連接所述質量塊；?

在所述輪輻同一條線的輻條上對稱設置有四個應變片：第一應變片和第三應變片設置于所述輻條的上表面，第二應變片和第四應變片設置于所述輻條的下表面，由該四個應變片的電阻變化來反映Z軸方向的加速度變化；在所述彈性體的圓柱體上周向均勻設置有四個應變片：第五應變片、第六應變片、第七應變片和第八應變片，其中由所述第五應變片、第六應變片的電阻變化來反映X軸方向的加速度變化，由所述第七應變片、第八應變片的電阻變化來反映Y軸方向的加速度變化。

所述第一應變片、第二應變片、第三應變片和第四應變片構成全橋測量電路，第一穩壓器連接所述第一應變片與第四應變片的連接節點，向所述全橋測量電路提供穩壓電源，第一滑動電阻器連接所述第二應變片與第三應變片的連接節點，用于平衡初始調零，且由所述第一應變片與第二應變片的連接節點，所述第三應變片與第四應變片的連接節點輸出Z軸方向加速度的電信號；

所述第五應變片、第六應變片與第一定值電阻、第二定值電阻構成第一半橋測量電路，第二穩壓器連接所述第五應變片與第一定值電阻的連接節點，向所述第一半橋測量電路提供穩壓電源，第二滑動電阻器連接所述第六應變片與第二定值電阻的連接節點，用于平衡初始調零，且由所述第五應變片與第六應變片的連接節點、所述第一定值電阻與第二定值電阻的連接節點輸出X軸方向加速度的電信號；

所述第七應變片、第八應變片與第三定值電阻、第四定值電阻構成第二半橋測量電路，第三穩壓器連接所述第七應變片與第三定值電阻的連接節點，向所述第二半橋測量電路提供穩壓電源，第三滑動電阻器連接所述第八應變片與第四定值電阻的連接節點，用于平衡初始調零，且由所述第七應變片與第八應變片的連接節點、所述第三定值電阻與第四定值電阻的連接節點輸出Y軸加速度的電信號。

所述第一應變片與第二應變片的連接節點、所述第三應變片與第四應變片的連接節點分別連接第一級運算放大器AD1的正負輸入端，Z軸方向加速度的電信號由所述第一級運算放大器AD1前置差分放大，再經第二級運算放大器OPA1放大濾波處理后，傳輸給第三級電壓跟隨器OPB1進行隔離處理；

所述第五應變片與第六應變片的連接節點、所述第一定值電阻與第二定值電阻的連接節點分別連接第一級運算放大器AD2的正負輸入端，X軸方向加速度的電信號由所述第一級運算放大器AD2前置差分放大，再經第二級運算放大器OPA2放大濾波處理后，傳輸給第三級電壓跟隨器OPB2進行隔離處理；

所述第七應變片與第八應變片的連接節點、所述第三定值電阻與第四定值電阻的連接節點分別連接第一級運算放大器AD3的正負輸入端，Y軸方向加速度的電信號由所述第一級運算放大器AD3前置差分放大，再經第二級運算放大器OPA3放大濾波處理后，傳輸給第三級電壓跟隨器OPB3進行隔離處理；