[發明專利]一種擺式加速度計

在審

• 申請號: 201811408017.5
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109541257A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 李鵬飛;張習文;梁璞;趙坤帥;布音;雷宏杰;王曉勇;孫繼奕
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明公開一種擺式加速度計，其中加速度計述表芯包括硅擺片(10)、光學位移傳感器、力矩器組件和底座(9)，硅擺片(10)包括定片(1)、動片(3)和連接這兩者的撓性支承梁(2)，光學位移傳感器包括光源(6)、光電接收器(7)及位于兩者之間的可動光窗(5)，力矩器組件包括磁鋼組件(8)和力矩器線圈(4)，力矩器線圈(4)和可動光窗(5)固定在動片(3)上，三者構成可繞撓性支承梁擺動的擺質量，磁鋼組件(8)和底座(9)形成環狀氣隙磁場，力矩器線圈(4)在環狀氣隙磁場中工作，提供反饋力。本發明的擺式加速度計將光學位移檢測方式與整體擺相結合，應用于加速度計測量，實現精度為μg0/ppm級的加速度測量。

技術領域

本發明屬于高精度儀器儀表技術領域，具體涉及一種擺式加速度計。

背景技術

加速度計是測量運動載體線加速度的儀表，是慣性導航系統的核心器件之一。在高精度慣性導航領域，應用最廣泛的加速度計產品仍以擺式加速度計為主，具有結構簡單、體積小、壽命長、精度和靈敏度高、溫度系數小、性能穩定等優點，廣泛應用于飛機、導彈、火箭、船舶、車輛的慣性導航系統，以及石油鉆井、建筑、堤壩的傾角測量以及地震監測等領域。

現有擺式加速度計中，擺片和固定極板組成差分電容位移傳感器，當有外界加速度信號輸入時，擺片受到慣性力的作用發生擺動，從而使得差分電容位移傳感器的電容值發生改變，通過伺服電路的C-V讀出電路，使得差分電容變化轉化為電壓信號的變化，再通過信號調理電路反饋輸出相應的電流，經過力矩器線圈給力矩器，從而產生平衡力矩去抵消外部慣性加速度產生的慣性力，達到了閉環系統的力平衡，而輸入給力矩器的反饋電流的大小正比于輸入慣性加速度的值，從而實現了加速度的度量。

上述差分電容位移傳感器為一種面位移檢測傳感器，關鍵部件為撓性擺片，加工與裝配過程中帶來擺片變形及其穩定性直接影響了加速度計的性能。

發明內容

鑒于現有技術的上述情況，本發明的目的是提供一種測量精度高、綜合性能好的擺式加速度計。

本發明的上述目的是利用以下的技術方案實現的：

一種擺式加速度計，包括表芯，其中所述表芯包括硅擺片、光學位移傳感器、力矩器組件和底座，所述硅擺片包括定片、動片和連接這兩部分的撓性支承梁，所述光學位移傳感器包括光源、光電接收器及位于光源和光電接收器之間的可動光窗，力矩器組件包括磁鋼組件和力矩器線圈，其中所述定片、光源與光電接收器和磁鋼組件固定在底座上，力矩器線圈和可動光窗固定在動片上，三者構成可繞撓性支承梁擺動的擺質量，磁鋼組件和底座形成環狀氣隙磁場，力矩器線圈在環狀氣隙磁場中工作，提供反饋力。

進一步地，所述硅擺片為長擺臂構型，擺質量的質心距離擺動中心達到10mm以上，長擺臂構型有助于提高加速度計的檢測分辨率。

進一步地，所述表芯包括相互垂直安裝，且與電路一體化封裝的三個獨立表芯，從而構成結構緊湊，測試方便的三軸一體化加速度計。

加速度計精度的提高有兩種途徑：一是降低擺質量的諧振頻率，另一種方法是提高加速度計信號傳感器的檢測分辨率。當有外界加速度信號輸入時，所述擺質量受到慣性力的作用發生擺動，通過光學位移傳感器測量擺質量的位移，并通過伺服控制電路放大位移傳感器的電流信號，再輸入到力矩器線圈，力矩器線圈工作在氣隙磁場中，從而產生平衡力矩去抵消外部慣性加速度產生的慣性力，達到了閉環系統的力平衡，而輸入給力矩器的反饋電流的大小正比于輸入慣性加速度的值，從而實現了加速度的測量。由于本發明中信號傳感器采用光學位移傳感器檢測擺質量的位移，可實現埃級位移檢測分辨率，且受電子噪聲、機械熱噪聲及環境電磁干擾的影響較小，從而本發明擺式加速度計的精度可實現μg0/ppm水平。

本發明的優點是：將光學位移檢測方式與整體擺相結合，應用于加速度計測量，實現精度為μg0/ppm級的加速度測量。

附圖說明