一种高抗震悬丝摆式加速度计的制作方法

1.本实用新型涉及一种测量加速度的仪表，尤其涉及一种高抗震悬丝摆式加速度计。


背景技术：

2.加速度测量是工程技术提出的重要课题，当物体具有很大的加速度时，物体及其所载的仪器设备和其他无相对加速度的物体均受到能产生同样大的加速度的力，即受到动载荷，欲知动载荷就要测出加速度。其次，要知道各瞬时飞机、火箭和舰艇所在的空间位置，可通过惯性导航连续地测出其加速度，然后经过积分运算得到速度分量，再次积分得到一个方向的位置坐标信号，而三个坐标方向的仪器测量结果就综合出运动曲线并给出每瞬时航行器所在的空间位置，测量飞机过载的加速度计是最早获得应用的飞机仪表之一。再如某些控制系统中，常需要加速度信号作为产生控制作用所需的信息的一部分，这里也出现连续地测量加速度的问题。
3.加速度计，是测量运载体线加速度的仪表。加速度计是惯导系统中的重要元件之一，它安装在惯导分系统的三个测量轴上，用于测量运动体坐标系上的线加速度，并将测量的加速度提供给计算机，用于运动体稳定回路的反馈信号和导航参数的计算。目前加速度计广泛的应用在航空、航天、航海和兵器装备中。目前国内外应用于导航、制导与控制中的主流加速度计有石英加速度计、悬丝加速度计和mems(micro electro mechanical system，微机电系统)加速度计。如何进一步缩小体积、提高灵敏度和抗冲击抗震能力是加速度计领域有待进一步提升的方向。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种全新结构形式、体积小、灵敏度高、抗冲击抗震能力强的高抗震悬丝摆式加速度计。
5.本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括安装座、外罩、电路组件、接线座、电涡流传感器组件、悬丝摆组件、涡流片、用于形成固定磁场的永磁体组件，所述外罩与所述安装座相固定密封连接，以在内部形成容置其他元件的密闭空间，所述电涡流传感器组件包括与所述电路组件电性连接的电涡流线圈，所述悬丝摆组件包括摆框架、两个弹性支承悬丝，所述摆框架上缠有线圈绕组，所述线圈绕组与所述电路组件电性连接，以构成力矩平衡电信号回路，所述摆框架的一个侧边位于所述永磁体组件的固定磁场内，所述涡流片固定于所述摆框架一个侧边上，并与所述电涡流传感器组件的位置相适配，所述摆框架对应于所述支承悬丝所在位置的侧边的上、下方分别设有上限位螺钉、下限位螺钉，以对所述支承悬丝进行限位，防止过震；所述电路组件加电后，所述电涡流线圈内持续产生高频电流，在电涡流效应作用下，所述涡流片表面形成电涡流，同时所述线圈绕组在所述固定磁场内受到磁力作用，使所述悬丝摆组件悬空处于平衡位置，在所述高抗震悬丝摆式加速度计受到加速度时，在被测加速度的作用下，所述悬丝摆组件产生惯性力矩，相对于所述永磁体
组件偏离平衡位置，使所述涡流片相对于所述电涡流传感器组件产生位移，引起所述电涡流线圈差动电感的变化，反馈到所述电路组件的伺服电路转变为电信号，再经过所述力矩平衡电信号回路的电流反馈，在所述固定磁场的作用下，激励所述悬丝摆组件并带动所述涡流片始终处于平衡位置，反馈的电流信号同时作为输出，用于表征输入加速度的大小。
6.位于所述固定磁场内的所述摆框架的侧边的下方还设有摆限位螺钉，以对所述摆框架进行限位，防止所述涡流片过震与所述电涡流传感器组件触碰。
7.所述安装座上设有底板，所述永磁体组件包括两个相对设置且磁性相反的磁极，两个所述磁极与所述底板相固定连接，所述摆框架的一个侧边位于两个所述磁极之间的空隙内。
8.所述底板上还设有第一摆支柱、第二摆支柱、电涡流传感器支柱，所述电涡流传感器组件与所述电涡流传感器支柱相固定连接，一个悬丝摆调节轴横向穿过所述第二摆支柱且可做轴向转动，所述线圈绕组的两个端头分别与位于所述摆框架上的两个接线盘、相连接并导电，所述摆框架的一个侧边上固定接有两个密封套管，所述密封套管内填充阻尼油，两个所述弹性支承悬丝各自分别穿过一个所述密封套管并悬浮于所述阻尼油内，两个所述弹性支承悬丝位于两个所述密封套管的同一轴线上，两个所述弹性支承悬丝的外端分别与所述第一摆支柱、所述悬丝摆调节轴相连接并导电，通过所述第一摆支柱、所述第二摆支柱，使得所述线圈绕组与所述电路组件电性连接，构成所述力矩平衡电信号回路，并使得所述摆框架悬置。
9.所述电涡流传感器组件还包括电涡流传感器骨架，所述电涡流传感器骨架的一端通过电涡流传感器安装螺钉与所述电涡流传感器支柱相固定连接，所述电涡流传感器骨架的另一端分开为上下两个支臂，所述电涡流线圈设有两个，两个所述电涡流线圈分别位于两个所述支臂的内侧相对设置，两个所述支臂之间为感应空间，所述涡流片伸入到所述感应空间内，两个所述支臂的端部分别设有引线端子用于与所述电路组件电性连接，在两个所述电涡流线圈内产生高频电流。
10.所述高抗震悬丝摆式加速度计还包括磁场调整螺钉，所述磁场调整螺钉的前端伸出到两个所述磁极之间的空隙处，通过伸出长短对所述线圈绕组所处的磁场大小进行调整。
11.所述底板上设有两个相对的磁极安装立板，两个所述磁极分别靠合固定于两个所述磁极安装立板上。
12.两个所述磁极中的至少一个设有磁温补偿合金。
13.所述第一摆支柱、所述第二摆支柱、所述电涡流传感器支柱分别位于所述底板上的安装孔内且固定。
14.所述密封套管是玻璃管。
15.所述弹性支承悬丝采用铂银合金制成。
16.所述底板上设有立座，所述接线座固定连接于所述立座上。
17.所述底板上于所述立座对向设有支撑立柱，一顶板通过连接螺钉分别与所述立座、所述支撑立柱相固定连接。
18.所述电路组件设置于所述顶板上，通过绑绳连接固定。
19.两个限位螺套穿过并固定于所述顶板上，两个所述限位螺套的位置与两个所述密
封套管的位置对应，两个所述上限位螺钉与两个所述限位螺套通过螺纹相适配连接，并从两个所述限位螺套中向下伸出。
20.两个所述下限位螺钉分别穿过所述安装座、所述底板后向上伸出，并与两个所述密封套管的位置对应，所述下限位螺钉与所述底板通过螺纹相适配连接。
21.所述安装座上用于所述下限位螺钉穿过的安装孔通过封堵密封。
22.所述电路组件包括检波电路、放大电路、校正电路、正弦波振荡器，所述检波电路用于将所述涡流片的位移转换为便于测量的电信号，所述放大电路用于将所述电涡流传感器组件的敏感加速度的微弱信号加以放大，并提供放大倍数，所述校正电路用于为所述悬丝摆组件的再平衡提供反馈电流，以获得再平衡力矩，以及提供必要的校正网络，使所述高抗震悬丝摆式加速度计正常工作，并且满足静态和动态性能指标，所述正弦波振荡器用于提供所述电涡流传感器组件的正弦波高频振荡信号。
23.本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括安装座、外罩、电路组件、接线座、电涡流传感器组件、悬丝摆组件、涡流片、用于形成固定磁场的永磁体组件，所述外罩与所述安装座相固定密封连接，以在内部形成容置其他元件的密闭空间，所述电涡流传感器组件包括与所述电路组件电性连接的电涡流线圈，所述悬丝摆组件包括摆框架、两个弹性支承悬丝，所述摆框架上缠有线圈绕组，所述线圈绕组与所述电路组件电性连接，以构成力矩平衡电信号回路，所述摆框架的一个侧边位于所述永磁体组件的固定磁场内，所述涡流片固定于所述摆框架一个侧边上，并与所述电涡流传感器组件的位置相适配，所述摆框架对应于所述支承悬丝所在位置的侧边的上、下方分别设有上限位螺钉、下限位螺钉，以对所述支承悬丝进行限位，防止过震；所述电路组件加电后，所述电涡流线圈内持续产生高频电流，在电涡流效应作用下，所述涡流片表面形成电涡流，同时所述线圈绕组在所述固定磁场内受到磁力作用，使所述悬丝摆组件悬空处于平衡位置，在所述高抗震悬丝摆式加速度计受到加速度时，在被测加速度的作用下，所述悬丝摆组件产生惯性力矩，相对于所述永磁体组件偏离平衡位置，使所述涡流片相对于所述电涡流传感器组件产生位移，引起所述电涡流线圈差动电感的变化，反馈到所述电路组件的伺服电路转变为电信号，再经过所述力矩平衡电信号回路的电流反馈，在所述固定磁场的作用下，激励所述悬丝摆组件并带动所述涡流片始终处于平衡位置，反馈的电流信号同时作为输出，用于表征输入加速度的大小；本实用新型克服了现有技术的缺陷和不足，提供了一种全新的结构形式，其是一种单轴悬丝支承的摆式、力矩再平衡式的加速度计，与其它加速度计相比其优点为：它将摆组件与敏感质量合二为一，从而使该加速度计体积小、质量轻小于50克、功耗低可达0.16ma/g～0.32ma/g；它采用电涡流传感器，灵敏度高、频率范围宽，在惯性力作用下平衡位移小，抗干扰能力强；它采用特殊的支承结构和抗震限位结构，使其与其它类型的加速度计相比具有较大的过载能力可达120g，强的抗冲击抗震能力，最大振动26g，20hz～2000hz， 2h；最大冲击1200g，3ms，1/2sin；特有的抗震限位结构，使得抗震性能可由200g提升到800g；它采用磁路对称补偿的方式，使其能够在宽温度工作范围
‑
55℃～ 85℃内工作，在大量程、强冲击和抗震方面解决的较好，本实用新型具有优良的环境适应能力、较高的精度和高可靠性与稳定性，可广泛应用于航天、航空、航海、兵器等领域的飞控系统、惯导系统中；故本实用新型提供了一种全新的结构形式，其体积小，灵敏度高，抗冲击抗震能力强，是一种高抗震悬丝摆式加速度计。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例的高抗震悬丝摆式加速度计的爆炸结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例的高抗震悬丝摆式加速度计去掉外罩后的局部结构示意图；
26.图3是本实用新型实施例的悬丝摆组件的装配结构示意图；
27.图4是图3所示的i处的局部放大结构示意图；
28.图5是本实用新型实施例的电涡流传感器组件的结构示意图；
29.图6是本实用新型实施例的安装座及与其连接的部分元件的装配结构示意图；
30.图7是本实用新型实施例的电路组件的总体原理示意图。
具体实施方式
31.如图1～图7所示，本实施例的高抗震悬丝摆式加速度计包括安装座1、外罩10、电路组件2、接线座3、电涡流传感器组件4、悬丝摆组件5、涡流片7、用于形成固定磁场的永磁体组件，所述外罩10与所述安装座1相固定密封连接，以在内部形成容置其他元件的密闭空间，本实施例中，所述外罩 10与所述安装座1之间采用激光封接密封固定，所述电涡流传感器组件4包括与所述电路组件2电性连接的电涡流线圈44，所述悬丝摆组件5包括摆框架51、两个弹性支承悬丝53，所述摆框架51上缠有线圈绕组52，所述线圈绕组52与所述电路组件2电性连接，以构成力矩平衡电信号回路，所述悬丝摆组件5、所述电涡流传感器组件4与所述电路组件2之间通过导线进行焊接，所述摆框架51呈矩形，其一个长侧边位于所述永磁体组件的固定磁场内，所述涡流片7固定于所述摆框架51一个短侧边上，并与所述电涡流传感器组件4的位置相适配，所述摆框架51对应于所述支承悬丝53所在位置的侧边的上、下方分别设有上限位螺钉87、下限位螺钉11，以对所述支承悬丝53 进行限位，防止过震；位于所述固定磁场内的所述摆框架51的侧边的下方还设有摆限位螺钉97，以对所述摆框架51进行限位，防止所述涡流片7过震，与所述电涡流传感器组件4触碰；所述电路组件2加电后，所述电涡流线圈 44内持续产生高频电流，在电涡流效应作用下，所述涡流片7表面形成电涡流，同时，所述线圈绕组52在所述固定磁场内受到磁力作用，使所述悬丝摆组件5悬空处于平衡位置，在所述高抗震悬丝摆式加速度计受到加速度时，在被测加速度的作用下，所述悬丝摆组件5产生惯性力矩，相对于所述永磁体组件偏离平衡位置，使所述涡流片7相对于所述电涡流传感器组件4产生位移，引起所述电涡流线圈44差动电感的变化，反馈到所述电路组件2的伺服电路转变为电信号，即所述电涡流传感器组件4用于所述悬丝摆组件5及所述涡流片7的位置检测，再经过所述力矩平衡电信号回路的电流反馈，即在所述线圈绕组52上加载反馈电流，所述线圈绕组52在所述固定磁场的作用下，受到电磁力，激励所述悬丝摆组件5并带动所述涡流片7处于再平衡位置，即所述悬丝摆组件5及所述涡流片7始终处于平衡位置，反馈的电流信号同时作为输出，加速度计输出电流大小与作用在其敏感轴上的加速度成正比，用于表征输入加速度的大小，输出电流经放大变换分组件转换成速度增量脉冲序列，通过计算可得到实际测量的加速度值。
32.所述安装座1上设有底板6，本实施例中，所述底板6与所述安装座1 为一体成型式结构，当然，所述底板6与所述安装座1也可以为分体式连接结构，所述底板6可通过底板安装螺钉等方式固定于所述安装座1上，便于安装各零部件，所述永磁体组件包括两个相对设
置且磁性相反的磁极81、82，两个所述磁极81、82与所述底板6相固定连接，具体的，所述底板6上设有两个相对的磁极安装立板61、62，两个所述磁极81、82分别靠合固定于两个所述磁极安装立板61、62上，所述摆框架51的一个长侧边位于两个所述磁极81、82之间的空隙内；一个所述磁极82上设有两个磁温补偿合金85，采用磁路温带补偿的方式，使其能够在宽温度工作范围内工作；所述底板6 上还设有第一摆支柱63、第二摆支柱64、电涡流传感器支柱65，所述第一摆支柱63、所述第二摆支柱64、所述电涡流传感器支柱65分别位于所述底板6上的安装孔内且固定，所述电涡流传感器组件4与所述电涡流传感器支柱65相固定连接，一个悬丝摆调节轴66横向穿过所述第二摆支柱64且可做轴向转动，所述线圈绕组52的两个端头分别与位于所述摆框架51上的两个接线盘56、57相连接并导电，所述摆框架51的另一个长侧边上固定接有两个密封套管54，所述密封套管54内填充阻尼油55，两个所述弹性支承悬丝 53各自分别穿过一个所述密封套管54并悬浮于所述阻尼油55内，两个所述弹性支承悬丝53位于两个所述密封套管54的同一轴线上，通过调节所述悬丝摆调节轴66，可以微调所述摆框架51的位置，两个所述弹性支承悬丝53 的外端分别与所述第一摆支柱63、所述悬丝摆调节轴66相连接并导电，通过所述第一摆支柱63、所述第二摆支柱64，使得所述线圈绕组52与所述电路组件2电性连接，构成所述力矩平衡电信号回路，并使得所述摆框架51悬置；本实施例中，在所述摆框架51上的一个长边上设置所述弹性支承悬丝 53，所述摆框架51上与所述弹性支承悬丝53对向的长边位于两个所述磁极 81、82之间的空隙内，以使其受力均衡，利于平衡，所述密封套管54是玻璃管，所述弹性支承悬丝53采用铂银合金制成。
33.所述电涡流传感器组件4还包括电涡流传感器骨架41，所述电涡流传感器骨架41的一端通过电涡流传感器安装螺钉40与所述电涡流传感器支柱65 相固定连接，所述电涡流传感器骨架41的另一端分开为上下两个支臂42、43，所述电涡流线圈44设有两个，两个所述电涡流线圈44分别位于两个所述支臂42、43的内侧相对设置，两个所述支臂42、43之间为感应空间48，所述涡流片7伸入到所述感应空间48内，两个所述支臂42、43的端部分别设有引线端子45用于与所述电路组件2电性连接，以通过所述电路组件2在两个所述电涡流线圈44内产生12mhz的高频电流。
34.所述高抗震悬丝摆式加速度计还包括磁场调整螺钉98，所述磁场调整螺钉98的前端伸出到两个所述磁极81、82之间的空隙处，通过伸出长短对所述线圈绕组52所处的磁场大小进行调整，同时使得空间利用率提高，所述磁场调整螺钉98的上下不同位置对磁场有影响，从而影响电流，通过手动调节其深入磁场深浅，在本实施例初装时使输出达到要求范围；所述摆限位螺钉 97的前端也伸出到两个所述磁极81、82之间的空隙处，使得空间利用率提高；所述磁场调整螺钉98与所述摆限位螺钉97并排设置，均由下向上依次穿过所述底板6及所述安装座1，并与所述安装座1通过螺纹适配连接，便于通过旋转调节伸出高度，二者穿过所述底板6的位置通过密封盖99密封。
35.所述底板6上还设有立座60，所述接线座3固定连接于所述立座60上，所述接线座3与所述立座60之间以及所述外罩10与所述安装座1之间采用激光封接密封固定，所述底板6上于所述立座60对向设有支撑立柱68，一顶板8通过连接螺钉88分别与所述立座60、所述支撑立柱68相固定连接，所述电路组件2设置于所述顶板8上，通过绑绳20连接固定；两个限位螺套 86穿过并固定于所述顶板8上，两个所述限位螺套86的位置与两个所述密封套管54的位置对应，两个所述上限位螺钉87与两个所述限位螺套86通过螺纹相适配连接，并从两个
所述限位螺套86中向下伸出，便于调节；两个所述下限位螺钉11分别穿过所述安装座1、所述底板6后向上伸出，并与两个所述密封套管54的位置对应，所述下限位螺钉11与所述底板6通过螺纹相适配连接，便于调节，所述安装座1上用于所述下限位螺钉11穿过的安装孔通过封堵31密封。
36.所述电路组件2包括检波电路、放大电路、校正电路、正弦波振荡器，所述检波电路用于将所述涡流片7的位移转换为便于测量的电信号，所述放大电路用于将所述电涡流传感器组件4的敏感加速度的微弱信号加以放大，并提供放大倍数，所述校正电路用于为所述悬丝摆组件5的再平衡提供反馈电流，以获得再平衡力矩，以及提供必要的校正网络，使所述高抗震悬丝摆式加速度计正常工作，并且满足静态和动态性能指标，所述正弦波振荡器用于提供所述电涡流传感器组件4的正弦波高频振荡信号。
37.所述悬丝摆组件5的主要功能包括：形成加速度计的敏感质量，作为所述电涡流传感器组件4的位移输入，产生安培力矩，保证加速度计能够承受外界较强的机械冲击和振动。
38.本实用新型的信号传感器部分主要由表头、振荡电路和检波电路组成，其中表头部分主要由所述电涡流传感器骨架41、差动线圈即所述电涡流线圈 44、所述涡流片7构成，主要功能是将检测质量的位移转换为便于测量的电信号。
39.本实用新型的力矩器部分主要由所述永磁体组件、所述摆框架51、所述线圈绕组52组成，主要功能是在输入信号作用下，产生反馈力矩以平衡外界惯性力矩。
40.本实用新型的再平衡回路部分主要由前置放大电路、校正电流和功率放大电路组成，主要功能包括：将信号传感器敏感加速度的微弱信号加以放大；给力矩器提供必要的反馈电流，以获得再平衡力矩；为加速度系统提供合适的放大倍数和必要的校正网络，使加速度计系统正常工作，并且满足一定的静态和动态性能指标。
41.本实用新型克服了现有技术的缺陷和不足，提供了一种全新的结构形式，其是一种单轴悬丝支承的摆式、力矩再平衡式的加速度计，与其它加速度计相比其优点为：它将摆组件与敏感质量合二为一，从而使该加速度计体积小、质量轻小于50克、功耗低可达0.16ma/g～0.32ma/g；它采用电涡流传感器，灵敏度高、频率范围宽，在惯性力作用下平衡位移小，抗干扰能力强；它采用特殊的支承结构和抗震限位结构，使其与其它类型的加速度计相比具有较大的过载能力可达120g，强的抗冲击抗震能力，最大振动26g，20hz～2000hz， 2h；最大冲击1200g，3ms，1/2sin；特有的抗震限位结构，使得抗震性能可由200g提升到800g；它采用磁路对称补偿的方式，使其能够在宽温度工作范围
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55℃～ 85℃内工作，在大量程、强冲击和抗震方面解决的较好，本实用新型具有优良的环境适应能力、较高的精度和高可靠性与稳定性，可广泛应用于航天、航空、航海、兵器等领域的飞控系统、惯导系统中；因此本实用新型提供了一种全新的结构形式，其体积小，灵敏度高，抗冲击抗震能力强，是一种高抗震悬丝摆式加速度计。
42.本实用新型可广泛应用于加速度测量领域。