[发明专利]一种细丝约束型加速度传感器

说明书

本发明公开了一种细丝约束型加速度传感器，所述细丝约束型加速度传感器包括表头和信号处理电路，其中，所述表头包括壳体、磁回路、检测质量块、位置检测装置、约束细丝；所述检测质量块悬置于壳体中，两者之间通过约束细丝相互张紧连接，磁回路设置于壳体内，检测质量块在磁回路的作用下沿加速度敏感轴方向运动，检测质量块与位置检测装置均与信号处理电路相连，信号处理电路给检测质量块施加电流，位置检测装置用于检测检测质量块在其平衡点处的偏移。本发明使用高强度细丝约束检测质量块运动自由度，克服了传统约束方式振动模态复杂的缺点，有利于提升加速度传感器测量精度。

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器，尤其涉及一种细丝约束型加速度传感器，属于测量仪器技术领域。

背景技术

加速度传感器是惯性导航系统的核心器件。现有个别高精度加速度计的精度可以达到10^-7g，但是存在量程小、体积大、结构复杂的缺点，无法在捷联惯性导航系统中使用。石英挠性加速度传感器是目前精度最高的轻小型加速度传感器，也是在捷联惯性导航系统中应用最为广泛的加速度传感器，其短时精度可以达到3×10^-6g。然而在进一步提升石英挠性加速度传感器精度的过程中可以发现，石英挠性摆片具有振动模态复杂的缺点，容易耦合非敏感轴的加速度输入，从而限制了其精度的进一步提升。由此可见，改变传统石英挠性加速度传感器的支撑方式势在必行，是提升轻小型加速度传感器精度的关键。

石英摆片是石英挠性加速度传感器的核心器件，对敏感质量块形成柔软的挠性支撑，使敏感质量块能绕挠性梁的枢轴转动。当装有石英挠性加速度传感器的载体产生加速度时，敏感质量块感应到此加速度，产生一个转动力矩，并将此力矩传递给挠性梁。此时力矩器的永磁动圈产生电磁力矩，如果这个电磁力矩与摆片组件的惯性力受力作用点不重合，产生了偏离，则挠性梁需承担整个扭转力矩。扭转力矩会使石英摆片产生复杂的振动模态，使敏感质量块发生扭转。复杂的振动模态将导致安装环受到的干扰力矩传递到检测质量块上，导致石英挠性加速度传感器的稳定性和精度变差。目前已有很多学者使用有限元方法对石英摆片进行静态分析和模态分析，研究挠性杆结构变化对加速度传感器性能的影响，并据此改善加速度传感器的性能。然而，使用细丝约束取代石英摆片约束可从根本上解决振动模态复杂的问题，其相关研究还未见有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决传统石英加速度传感器中石英摆片振动模态复杂的问题，提供一种高精度细丝约束型加速度传感器。

为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：一种细丝约束型加速度传感器，所述细丝约束型加速度传感器包括表头和信号处理电路，其中，所述表头包括壳体、磁回路、检测质量块、位置检测装置、约束细丝；所述检测质量块悬置于壳体中，两者之间通过约束细丝相互张紧连接，磁回路设置于壳体内，检测质量块在磁回路的作用下沿加速度敏感轴方向运动，检测质量块与位置检测装置均与信号处理电路相连，信号处理电路给检测质量块施加电流，位置检测装置用于检测检测质量块在其平衡点处的偏移。

进一步的，所述检测质量块包括力矩器线圈和力矩器骨架，所述力矩器线圈卷绕在力矩器骨架的外壁，所述力矩器骨架中部开有通孔；所述力矩器线圈与信号处理电路相连。

进一步的，所述信号处理电路包括差分电容检测模块、处理器模块、电流加矩模块；差分电容检测模块和电流加矩模块均与处理器模块相连；差分电容检测模块与位置检测装置相连，用于检测检测质量块的偏移；电流加矩模块与力矩器线圈相连，用于控制线圈中电流的大小；处理器模块接收差分电容检测模块的输出信号，并将输出信号经过PID控制算法处理，得到反馈控制信号，反馈控制信号驱动电流加矩模块，使电流加矩模块给力矩器线圈施加反馈电流，从而产生反馈力矩使检测质量块保持在平衡位置，所述信号处理电路输出的反馈控制信号用以表征加速度测量值。