[發(fā)明專利]一種熱膨脹流三軸加速計(jì)及其加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910635444.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110244081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸林華;任安潤(rùn);樸然;王燈山;王育新;田文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/08
• 分類號(hào): G01P15/08;G01P15/18
• 代理公司: 北京邦創(chuàng)至誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11717
• 代理人: 張宇鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種熱膨脹流三軸加速計(jì)，包括：頂蓋和底座；頂蓋的底面上設(shè)置有向外延伸的凸緣，凸緣內(nèi)設(shè)置有圓柱形上腔室，上腔室內(nèi)設(shè)置有四根呈方形排布的絕緣子，四根所述絕緣子上設(shè)置有兩根用于敏感Z軸方向加速度的熱敏絲；所述底座的頂面設(shè)置有與所述凸緣相適配的凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)置有圓柱形下腔室，所述下腔室內(nèi)設(shè)置有兩兩相對(duì)且平行的四對(duì)絕緣子，每對(duì)絕緣子上設(shè)置有一根熱敏絲；用于敏感X軸方向和Y軸方向加速度的熱敏絲中心設(shè)置有熱源硅片，所述熱源硅片通過(guò)絕緣子固定設(shè)置在所述下腔室內(nèi)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)三軸加速度的測(cè)量。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、抗沖擊能力強(qiáng)、成本低，同時(shí)可抵抗外界環(huán)境的干擾和提高流體加速度計(jì)的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慣性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種熱膨脹流三軸加速計(jì)及其加工方法。

背景技術(shù)

在過(guò)去幾十年間，以懸臂支撐梁和固體質(zhì)量塊作為敏感元件的微機(jī)械加速度計(jì)，易在外界的高速?zèng)_擊下發(fā)生斷裂或損壞，結(jié)構(gòu)容易疲勞；而且，為了提高這種加速度計(jì)的靈敏度，必須將敏感元件放在真空環(huán)境中和降低氣體阻尼系數(shù)；這種制作工藝成本較高且復(fù)雜。相比而言，利用流體作為敏感元件，制作而成的器件可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗沖擊能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)和成本低的特點(diǎn)，具有優(yōu)良的性能。之前，利用熱對(duì)流原理制作而成的加速度計(jì)，由于熱對(duì)流氣體的流速較慢，且依賴重力加速度g，導(dǎo)致其靈敏度較低和易受外界環(huán)境的影響。以上兩個(gè)因素的影響導(dǎo)致熱對(duì)流加速度計(jì)的靈敏度無(wú)法提高，限制了熱流加速度計(jì)的應(yīng)用。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于研發(fā)一種能夠克服以上兩種因素對(duì)加速度計(jì)的影響，提高加速度計(jì)的性能。

利用熱膨脹式流體的加速度計(jì)的基本原理為：在密閉腔體內(nèi)，懸空的熱源施加周期性方波電壓而發(fā)熱，其周圍的氣體介質(zhì)受熱膨脹，形成運(yùn)動(dòng)的熱膨脹流，該熱膨脹流運(yùn)動(dòng)過(guò)程符合質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒。當(dāng)外界輸入沿X、Y、Z軸方向的加速度時(shí)，由于慣性力作用，運(yùn)動(dòng)的熱膨脹流體將引起腔體內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化，根據(jù)熱阻效應(yīng)，沿輸入加速度方向的一對(duì)金屬電阻熱敏絲之間發(fā)生阻值變化，通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)電路及信號(hào)處理電路，可實(shí)現(xiàn)輸入加速度值的測(cè)量。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本申請(qǐng)的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種熱膨脹流三軸加速計(jì)及其加工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種熱膨脹流三軸加速計(jì)，其特征在于，包括：頂蓋和底座；其中，

所述頂蓋的底面上設(shè)置有向外延伸的凸緣，所述凸緣內(nèi)設(shè)置有圓柱形上腔室，所述上腔室內(nèi)設(shè)置有四根呈方形排布的絕緣子，四根所述絕緣子上設(shè)置有兩根用于敏感Z軸方向加速度的熱敏絲，兩根所述熱敏絲平行設(shè)置；

所述底座的頂面設(shè)置有與所述凸緣相適配的凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)置有圓柱形下腔室，所述下腔室內(nèi)設(shè)置有兩兩相對(duì)且平行的四對(duì)絕緣子，每對(duì)絕緣子上設(shè)置有一根熱敏絲，兩對(duì)平行的熱敏絲分別用于敏感X軸方向和Y軸方向的加速度；

用于敏感X軸方向和Y軸方向加速度的熱敏絲中心設(shè)置有熱源硅片，所述熱源硅片通過(guò)絕緣子固定設(shè)置在所述下腔室內(nèi)；

頂蓋與底座對(duì)接連接后通過(guò)密封膠進(jìn)行密封，二者對(duì)接后，上腔室和下腔室構(gòu)成敏感腔室，且敏感Z軸方向加速度的熱敏絲與敏感X軸方向和Y軸方向加速度的熱敏絲在同一平面上。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，敏感Z軸方向加速度的所述熱敏絲為往復(fù)彎折的柵形結(jié)構(gòu)，并通過(guò)MEMS工藝加工而成。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，敏感X軸方向加速度和敏感Y軸方向加速度的熱敏絲由相同長(zhǎng)度的Pt金屬絲制成。

作為一種進(jìn)一步的技術(shù)方案，敏感X軸方向加速度和敏感Y軸方向加速度的熱敏絲相互垂直分布于熱源硅片的外圍，且與熱源之間的距離是相等的。