[发明专利]一种基于电晕放电原理的高冲击加速度检测方法及传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种高冲击加速度检测方法以及加速度传感器。

背景技术

加速度传感器广泛应用于工业、国防、民用等领域。加速度传感器种类繁多，按照传感原理不同，主要有电容式、电感式、压阻式、压电式、隧道效应式和热对流式等。针对大冲击、高过载等特殊应用场合的高冲击加速度传感器则主要有压阻式、压电式、电容式和热对流式。非专利文献1[李科杰，何昫，张振海等，高冲击加速度传感器发展现状及趋势，探测与控制学报，2013，35(4)，6-10]对各类高冲击加速度传感器进行了综述。其中，国内外已经产品化的主要是压阻式、热对流式和电容式高冲击加速度传感器，如美国ENDEVCO公司生产的7270A系列压阻加速度传感器，量程可达20万g；MEMSIC公司生产的MXA、MXD等系列热对流加速度传感器，最高过载可达5万g。

压阻式高冲击加速度传感器具有可随微梁移动的固体质量块，结构相对复杂，且受温度影响较大。电容式高冲击加速度传感器线性度差，信号处理电路复杂，易受寄生电容影响。热对流式高冲击加速度传感器不存在固体检测质量块，而是以虚拟的“热气团”作为“质量块”，环境适应性和抗冲击能力更强。但该类型加速度传感器必须集成加热器和温度传感器，结构相对复杂，检测电路相对复杂。

发明内容

为克服已有技术的不足之处，本发明提出一种采用电晕放电原理的高冲击加速度检测方法，具有成本低、抗冲击能力高、信号检测简单的特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于电晕放电原理的高冲击加速度传感器，所述加速度传感器为单轴高冲击加速度传感器，所述传感器包括直流电压源#1、直流电压源#2、限流电阻#1、限流电阻#2、针尖电极#1、针尖电极#2、电极支撑体#1、电极支撑体#2、平板电极#1、平板电极#2、密封腔体、采样电阻#1、采样电阻#2以及信号检测电路；其中，所述直流电压源、限流电阻、针尖电极、电极支撑体、平板电极、采样电阻构成电晕放电结构；所述电极支撑体为非导电体，与密封腔体连接，保证气密封，构成一个密封腔；平板电极#1和平板电极#2位于密封腔内，所述平板电极都具有孔隙，气体可以自由穿过；所述平板电极与电极支撑体连接；所述针尖电极穿通电极支撑体并保证气密封；所述平板电极通过导线并穿过电极支撑体引出后与采样电阻连接；所述限流电阻用于限制针-板电极之间的气隙意外完全击穿时的电流大小；所述信号检测电路分别连接采样电阻#1、采样电阻#2，对两路电晕放电结构的特里切尔脉冲信号进行检测，进而测量出加速度值。

作为本发明的进一步改进，所述信号检测电路包括运算放大电路#1、运算放大电路#2、整形电路#1、整形电路#2和频率测量电路；所述信号检测电路将两路特里切尔脉冲信号分别经过运算放大电路#1和运算放大电路#2进行适当放大，然后再经过整形电路#1和整形电路#2整形为方波信号，最后经过频率测量电路计算出两路特里切尔脉冲频率之差ΔF，进而检测出加速度a的大小。

另一方面，本发明提供了一种基于电晕放电原理的高冲击加速度传感器，所述传感器为三轴高冲击加速度传感器，在一个六面体密封腔体内，每个面分别设计一套相同的电晕放电结构，所述电晕放电结构由直流电压源、限流电阻、针尖电极、电极支撑体、平板电极、采样电阻构成；所述电极支撑体为非导电体，与六面体密封腔体连接，保证气密封，构成一个密封腔；所述平板电极都位于密封腔内，所述平板电极都具有孔隙，气体可以自由穿过；所述平板电极与电极支撑体连接；所述针尖电极穿通电极支撑体并保证气密封；所述平板电极通过导线并穿过电极支撑体引出后与采样电阻连接；所述限流电阻用于限制针-板电极之间的气隙意外完全击穿时的电流大小；所述信号检测电路分别连接各个面的采样电阻，对六个面的电晕放电结构的特里切尔脉冲信号进行检测，进而测量出三轴方向上的加速度值。

作为本发明的进一步改进，所述信号检测电路包括运算放大电路、整形电路和频率测量电路；所述信号检测电路分别将X轴、Y轴和Z轴的两路特里切尔脉冲信号分别经过运算放大电路进行适当放大，然后再经过整形电路整形为方波信号，最后经过频率测量电路计算出该轴上的两路特里切尔脉冲频率之差ΔF，进而检测出该轴上的加速度a的大小。

作为本发明的进一步改进，所述密封腔空间填充气体介质，所述气体介质为包含负电性气体。

另一方面，本发明提供了一种基于电晕放电原理的高冲击加速度检测方法，其特征在于：所述方法基于本发明的加速度传感器，所述方法包括以下步骤：

接收采样电阻上得到的两路特里切尔脉冲信号；