[发明专利]一种复合量程石英谐振加速度传感器

说明书

一种复合量程石英谐振加速度传感器，由外部的小量程加速度计和中间的大量程加速度计嵌套构成，大小量程加速度计为相似结构，整体结构成中心对称布局，由一石英片贯穿腐蚀加工而成；大小量程加速度计均包括石英音叉、柔性杠杆、应力分配梁和敏感质量块，敏感质量块受到加速度作用产生的惯性力传递到柔性杠杆上，经过柔性杠杆放大作用传递到应力分配梁上，应力分配梁把惯性力先集中然后再均分到石英音叉的两根振梁上；根据被测量的大小启动大小量程加速度计，一端的石英音叉受到的力为拉应力，频率升高，另一端受到压应力，频率降低，两者的频率差与加速度的大小成正比，通过测量频率差获得加速度的大小；具有测量量程大、精度高、体积小等优势。

技术领域

本发明属于微机械电子(MEMS)数字式加速度计技术领域，具体涉及一种复合量程石英谐振加速度传感器。

背景技术

加速度传感器作为惯性测量器件，常常被用于航空航天、武器装备的导航制导，通常需要测量的加速度差异巨大，甚至可以从几个g覆盖到上万g。例如，常规弹药发射时的加速度一般非常大，而在飞行过程中所承受的加速度要小的多。在子母弹的发射、飞行和开舱抛撒过程中，弹丸所承受的过载值从几个g到上万g，在实现高g值精确测量的同时，应保证低g值测量单元结构不发生破坏，其性能保持不变；另外考虑到生产、装配和测试等过程中，由于偶然跌落所产生的冲击加速度作用,传感器的性能应保持不变。因此在使用过程中，既需要测试发射过程中上万个g的加速度，也需要测试飞行过程中几个g的加速度，这些值无法通过现有的一个微加速度计完成测试。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种复合量程石英谐振加速度传感器，提高加速度传感器的使用范围，并且保证在各量程范围内的精度，具有集成度高，体积小，既能测量大量程加速度，又能在小量程测量范围内保持高精度的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合量程石英谐振加速度传感器，由外部的小量程加速度计和中间的大量程加速度计6嵌套构成，小量程加速度计和大量程加速度计为相似结构，整体结构成中心对称布局，由一整片石英片贯穿腐蚀加工而成。

所述的小量程加速计由石英安装框架1、第一石英音叉2a和第二石英音叉2b、第一柔性杠杆3a和第二柔性杠杆3b、第一应力分配梁4a和第二应力分配梁4b、第一敏感质量块5组成；其中石英安装框架1用来进行传感器敏感芯片与壳体基座的装配，第一石英音叉2a通过第一应力分配梁4a与第一柔性杠杆3a的输出端连接，第二石英音叉2b通过第二应力分配梁4b与第二柔性杠杆3b的输出端连接，第一石英音叉2a和第二石英音叉2b、第一柔性杠杆3a和第二柔性杠杆3b、第一应力分配梁4a和第二应力分配梁4b分别成中心对称布局，第一柔性杠杆3a和第二柔性杠杆3b的输入端与第一敏感质量块5连接，第一敏感质量块5的中间设有大量程加速度计6，大量程加速度计6为第一敏感质量块5的一部分。

所述的大量程加速度计6由第三柔性杠杆7a和第四柔性杠杆7b、第三石英音叉8a和第四石英音叉8b、第三应力分配梁9a和第四应力分配梁9b、第二敏感质量块10组成；第三石英音叉8a通过第三应力分配梁9a与第三柔性杠杆7a的输出端连接，第四石英音叉8b通过第四应力分配梁9b与第四柔性杠杆7b的输出端连接，第三柔性杠杆7a和第四柔性杠杆7b、第三石英音叉8a和第四石英音叉8b、第三应力分配梁9a和第四应力分配梁9b分别成中心对称布局，第三柔性杠杆7a和第四柔性杠杆7b的输入端与第二敏感质量块10连接。

所述的第一柔性杠杆3a、第二柔性杠杆3b和第三柔性杠杆7a、第四柔性杠杆7b结构相同，均为由杠杆阻力臂11、柔性铰链12、输出端13、动力臂14和输入端15组成的微杠杆放大机构，动力臂14的一端下方和输入端15连接，动力臂14的另一端下方和输出端13连接，动力臂14的另一端和杠杆阻力臂11连接，杠杆阻力臂11端头下方和柔性铰链12连接；