[發(fā)明專利]一種新型石英玻璃擺片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811091060.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN109100536A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立勇;楊穩(wěn);聶魯燕;侯文超;王憲東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125;G01P15/13
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及一種新型石英玻璃擺片，包括一個(gè)圓形支撐環(huán)、兩個(gè)撓性支撐梁和一個(gè)自由擺動(dòng)的擺舌，兩個(gè)撓性支撐梁并列對(duì)稱于軸線設(shè)置，擺舌通過撓性支撐梁和圓形支撐環(huán)連接，圓形支撐環(huán)上有三個(gè)安裝定位凸臺(tái)，該三個(gè)安裝定位凸臺(tái)沿垂直軸線對(duì)稱分布，圓形支撐環(huán)的中心同軸制出一個(gè)通氣孔，在通氣孔和撓性支撐梁之間的圓形支撐環(huán)上制出一個(gè)隔離槽，隔離槽與通氣孔同軸設(shè)置，隔離槽上制出開口，開口方向遠(yuǎn)離兩個(gè)撓性支撐梁并且保持左右對(duì)稱。本新型結(jié)構(gòu)石英玻璃擺片在國內(nèi)是首次提出。采用該結(jié)構(gòu)形式后，較原有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擺組件溫度敏感性顯著降低，提高裝配過程的成活率一倍以上，同時(shí)提高了加速度計(jì)長期穩(wěn)定性，在NJS/A型石英加速度計(jì)得到應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型的石英撓性加速度計(jì)用石英玻璃擺片，是實(shí)現(xiàn)高精度加速度測(cè)量的核心元件。

背景技術(shù)

石英撓性加速度計(jì)是一種測(cè)量加速度的高精度傳感器，是慣性系統(tǒng)的重要部件，石英玻璃擺片是加速度計(jì)的核心零件。石英擺片的撓性梁部位，厚度僅為0.03mm，是敏感檢測(cè)質(zhì)量從而產(chǎn)生撓性位移的關(guān)鍵部位。石英撓性加速度計(jì)最早由美國森的斯坦公司于二十世紀(jì)七十年代研制成功，具體結(jié)構(gòu)在美國專利(專利號(hào)4250757)有詳細(xì)描述，結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1是石英撓性加速度計(jì)的三維爆炸視圖。

石英撓性加速度計(jì)工作原理為：當(dāng)產(chǎn)品有沿敏感軸方向的加速度作用時(shí)，由于沒有合外力作用，擺片保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此相對(duì)上、下力矩器產(chǎn)生位移，使兩側(cè)平板電容形成電容差。差動(dòng)電容傳感器敏感到電容差，產(chǎn)生一個(gè)與電容差成比例的電流。電流經(jīng)伺服電路濾波、積分、放大等處理后加載在力矩線圈上，載流力矩線圈受到力矩器磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生一個(gè)與輸入加速度方向相同的電磁力F，使撓性擺片回復(fù)到平衡位置(兩側(cè)電容相等)。此時(shí)力矩線圈中的力矩電流反映了加速度的大小和方向，檢出力矩線圈上的電流即可計(jì)算出輸入加速度，實(shí)現(xiàn)加速度的測(cè)量。

由石英玻璃擺片為主構(gòu)成的擺組件，是石英撓性加速度計(jì)的關(guān)鍵組件，對(duì)加速度計(jì)的性能起著決定性作用。擺組件由一個(gè)石英玻璃擺片和兩個(gè)纏繞線圈的骨架粘接而成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2是石英撓性加速度計(jì)擺組件的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括由熔融石英玻璃制成的石英擺片21、力矩線圈22纏繞在骨架23上，骨架23一般由鋁合金材料加工而成，通過環(huán)氧樹脂膠26粘接于石英擺片21正反兩面上。

目前，由于受成本和加工難度所限，線圈骨架的材料一般為鋁合金，其膨脹系數(shù)和石英玻璃的線脹系數(shù)相差較大，這就會(huì)導(dǎo)致擺組件在完成粘接后，隨著環(huán)境溫度的變化，骨架產(chǎn)生變形大于石英玻璃擺片的變形，由于變形量的不匹配，不可避免會(huì)在擺組件的粘接面處產(chǎn)生應(yīng)力并向四周擴(kuò)散。該應(yīng)力雖然可以被粘接層通過變形消除一部分，但是無法全部消除。未消除的應(yīng)力通過粘接面向四周傳遞，最終會(huì)對(duì)撓性梁產(chǎn)生影響，導(dǎo)致對(duì)敏感質(zhì)量的檢測(cè)出現(xiàn)誤差，最終造成加速度計(jì)的測(cè)量誤差。

基于上述情況，需要對(duì)擺片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量減小由于材料不匹配導(dǎo)致的應(yīng)力對(duì)撓性梁的影響，從而保證加速度計(jì)在外部環(huán)境變化時(shí)，仍然可以保持較高的精度，滿足相應(yīng)系統(tǒng)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種能隔離擺組件粘接層隨溫度產(chǎn)生的應(yīng)力，并改善擺組件的溫度性能的新型石英玻璃擺片。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：

一種新型石英玻璃擺片，包括一個(gè)圓形支撐環(huán)、兩個(gè)撓性支撐梁和一個(gè)自由擺動(dòng)的擺舌，兩個(gè)撓性支撐梁并列對(duì)稱于軸線設(shè)置，擺舌通過撓性支撐梁和圓形支撐環(huán)連接，圓形支撐環(huán)上有三個(gè)安裝定位凸臺(tái)，該三個(gè)安裝定位凸臺(tái)沿垂直軸線對(duì)稱分布，圓形支撐環(huán)的中心同軸制出一個(gè)通氣孔，其特征在于：在通氣孔和撓性支撐梁之間的圓形支撐環(huán)上制出一個(gè)隔離槽，該隔離槽與通氣孔同軸設(shè)置，該隔離槽上制出開口，該開口方向遠(yuǎn)離兩個(gè)撓性支撐梁，并且保持左右對(duì)稱。

而且，所述的石英擺片整體呈圓形片狀，直徑為φ15mm–φ23mm，厚度為0.6mm–0.8mm。