[發(fā)明專利]一種壓電式六維加速度傳感器

無效

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• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102520210A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 李敏;劉俊;秦嵐;劉京誠;薛聯(lián);李鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18
• 代理公司: 重慶中之信知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 50213
• 代理人: 袁慶民

技術領域

本發(fā)明涉及加速度傳感器，特別涉及六維加速度傳感器。

背景技術

六維加速度傳感器，也稱為六軸加速度傳感器，它用于測量空間的三維線加速度和三維角加速度，在機器人學、航空航天等多個領域都有廣泛的應用。目前，采用不同敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的六維加速度傳感器已經(jīng)有了很多種，這些六維加速度傳感器雖然均有各自不同的優(yōu)點，但也存在著各種不足，例如，有的存在維間耦合問題，有的需要對輸出信號進行復雜解耦運算，有的動態(tài)特性較差，有的卻不利于微小型化。為克服這些不足，公告號為CN100565213C的專利，提出了《一種壓電式六維加速度傳感器》，該傳感器主要由慣性質(zhì)量塊、若干石英晶片（壓電元件）所構(gòu)成的測力計、夾住該測力計的兩片絕緣電極板，以及基座和殼體等構(gòu)成。該六維加速度傳感器具有無維間耦合、無需解耦運算、動態(tài)特性好，以及結(jié)構(gòu)相對簡單、比較易于小型化等優(yōu)點。然而，由于該現(xiàn)有技術所用石英晶片多達十六片，且絕緣電極板的布線與信號引線之間存在空間上交叉，因此，在降低制造難度和成本等方面仍然顯得不夠好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種同樣無維間耦合、無需解耦運算、動態(tài)特性好，但其結(jié)構(gòu)卻更簡單、易于微型化、制造成本低、制作難度小的壓電式六維加速度傳感器。

解決所述技術問題的方案是這樣一種壓電式六維加速度傳感器，它與現(xiàn)有技術相同的方面是，該傳感器包括帶安裝盤的基座，罩裝在該基座上的帶插座的殼體，在該殼體內(nèi)通過預緊螺栓固定地安裝在基座安裝盤之上的測力計，夾住該測力計的兩片絕緣電極板和位于最上面的慣性質(zhì)量塊；其中，所述安裝盤為圓盤，該安裝盤與基座之間通過一段圓柱以三者同軸的狀態(tài)聯(lián)為一個整體，三者的公共軸線與預緊螺栓的軸線均與該傳感器的工作三維直角坐標系的Z軸共線；所述測力計由若干片石英晶片構(gòu)成，這些石英晶片在所述工作三維直角坐標系的X、Y平面之內(nèi)均勻布置于一個Z軸通過其圓心的參考圓的圓周上；在所述的兩片絕緣電極板內(nèi)側(cè)，有對應于各石英晶片的成對電極，每對電極均通過信號引線與所述殼體上的插座連接。其改進之處是，構(gòu)成所述測力計的石英晶片有八片，所述成對電極有八對；這八片石英晶片中的四片為Y0°切型石英晶片，它們布置在所述參考圓與所述工作三維直角坐標系的X、Y軸的交點處，其余四片為X0°切型石英晶片；在四片Y0°切型石英晶片各自的晶片三維直角坐標系中，其Y軸均與所述工作三維直角坐標系的Z軸平行，其X軸沿所述參考圓的圓周逆時針或順時針地同向布置；在四片X0°切型石英晶片各自的晶片三維直角坐標系中，其X軸均與所述工作三維直角坐標系的Z軸平行，其Y軸沿所述參考圓的圓周逆時針或順時針方向同向布置；所述的八對電極構(gòu)成八個信號輸出端，并分別地通過信號引線與各自對應的一個插座連接；

使用時，X向的線加速度值，由在所述工作三維直角坐標系Y軸上的Y0°切型石英晶片對應的信號輸出端的輸出值，通過減法運算獲得；Y向的線加速度值，由在所述工作三維直角坐標系X軸上的Y0°切型石英晶片對應的信號輸出端的輸出值，通過減法運算獲得；Z向的線加速度值，由所述的四片X0°切型石英晶片對應的信號輸出端的輸出值，通過加法運算獲得；X向的角加速度值，以所述工作三維直角坐標系的X軸為分界，由一邊的兩片X0°切型石英晶片所對應的信號輸出端的輸出值之和與另一邊的兩片X0°切型石英晶片所對應的信號輸出端的輸出值之和，通過減法運算獲得；Y向的角加速度值，以所述工作三維直角坐標系的Y軸為分界，由一邊的兩片X0°切型石英晶片所對應的信號輸出端的輸出值之和與另一邊的兩片X0°切型石英晶片所對應的信號輸出端的輸出值之和，通過減法運算獲得；Z向的角加速度值，由所述的四片Y0°切型石英晶片所對應的信號輸出端的輸出值，通過加法運算獲得。

從方案中可以看出，本發(fā)明所用石英晶片所用石英晶片僅僅只有八片，比現(xiàn)有技術整整少了一半。雖然本發(fā)明的插座比現(xiàn)有技術的多一個，但由于每一對電極只與各自對應的一個插座連接，于是，不但有利于在固定石英晶片時布線，并且還不存在現(xiàn)有技術那種因有多對電極連接在一個插座上而帶來的傳感器絕緣電極板上電極和插座之間的信號引線與絕緣電極板上布線之間的信號相互干擾問題。因此，本發(fā)明除保持了現(xiàn)有技術所具備的優(yōu)點之外，還因其所用石英晶片大大減少而進一步簡化了結(jié)構(gòu)、降低了制作難度，制造成本當然也大幅度降低，還尤其適用于MEMS工藝加工而得到微型化的六維加速度傳感器。

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖說明

圖1——本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；