CN206479554U - 一种高精度的石英挠性加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度的石英挠性加速度传感器。该传感器包括表头和伺服电路，表头包括检测质量摆组件、电磁力矩器和差动电容传感器；伺服电路包括正弦波发生器、整流桥电路、放大器电路、反馈网络和三端稳压器。三端稳压器包括第一三端稳压器和第二三端稳压器。其中，检测质量摆组件与电磁力矩器相连；差动电容传感器与整流桥电路相连；第一三端稳压器分别与正弦波发生器和放大器电路相连；正弦波发生器与整流桥电路相连；整流桥电路与放大器电路相连；第二三端稳压器与放大器电路相连；放大器电路分别与反馈网络和电磁力矩器相连。该伺服电路能分辨表头的细微变化，以电流形式反馈给表头的力矩器线圈，从而提高石英挠性加速度传感器的工作精度。

Description

一种高精度的石英挠性加速度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种加速度传感器，尤其涉及一种高精度的石英挠性加速度传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

石英挠性加速度传感器是惯性导航***的主要元件之一，被广泛应用于航天、航空、航海及武器***的导航制导与控制等领域。该石英挠性加速度传感器是一种机械摆式加速度传感器，主要通过将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号进行测量，具有精度高、灵敏度高、功耗低的特点，同时其结构简单、体积小、重量轻，便于使用和更换。

石英挠性加速度传感器由表头和伺服电路构成。其中，伺服电路主要用于将表头感应的外界加速度产生的电容微小变化转换为相应的电流输出。在现有技术中，该伺服电路一般由调制解调器、功率放大器、三端稳压器和阻容器件组成。但是，现有产品中的伺服电路工作原理复杂，电路环节繁多，出现故障不便进行检修，并且不能准确分辨表头的微小变化，从而影响石英挠性加速度传感器的工作精度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种高精度的石英挠性加速度传感器。

为实现上述的目的，本实用新型采用以下的技术方案：

一种高精度的石英挠性加速度传感器，包括表头和伺服电路，所述表头包括检测质量摆组件、电磁力矩器和差动电容传感器；

其中，所述伺服电路包括正弦波发生器、整流桥电路、放大器电路、反馈网络和三端稳压器，所述三端稳压器包括第一三端稳压器和第二三端稳压器，其中，所述检测质量摆组件与所述电磁力矩器相连，所述差动电容传感器与所述整流桥电路相连，所述第一三端稳压器分别与所述正弦波发生器和所述放大器电路相连，所述正弦波发生器与所述整流桥电路相连，所述整流桥电路与所述放大器电路相连，所述第二三端稳压器与所述放大器电路相连，所述放大器电路分别与所述反馈网络和所述电磁力矩器相连。

其中较优地，所述正弦波发生器为LC振荡器。

其中较优地，所述LC振荡器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、三极管和工作电压；其中，所述工作电压分别与所述第一电容、所述电感、所述第三电容和所述第一电阻的一端相连；所述第一电容的另一端分别与所述第二电容的一端、所述三极管的发射极和所述第三电阻的一端相连，所述第二电容分别与所述第四电容的一端和所述三极管的集电极相连；所述电感并联在所述第一电容与所述第二电容的两端；所述第一电阻的另一端分别与所述第三电容的另一端、所述三极管的基极和所述第一二极管的阳极相连；所述第一二极管的阴极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻和所述第三电阻的另一端都与第一地线端相连。

其中较优地，所述第四电容的另一端与整流桥电路的输入端相连。

其中较优地，所述整流桥电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一可调电容、第二可调电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻；其中，所述第二可调电容与所述差动传感器的正极接线端相连，所述第一可调电容与所述差动传感器的负极接线端相连，所述整流桥电路的输入端分别与所述第五电容和所述第六电容的一端相连，所述第五电容的另一端分别与所述第二可调电容的一端、所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极相连，所述第六电容的另一端分别与所述第一可调电容的一端、所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阴极相连；所述第一可调电容和所述第二可调电容的另一端分别与所述第二地线端相连，所述第二地线端还分别与所述第二二极管的阳极和所述第三二极管的阴极相连；所述第四二极管的阴极分别与所述第四电阻和所述第七电容的一端相连，所述第七电容的另一端与所述第三地线端相连，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻和所述第六电阻的一端相连，所述第五二极管的阳极分别与所述第五电阻的另一端和所述第八电容的一端相连，所述第八电容的另一端与所述第四地线端相连。

其中较优地，所述第五电容和所述第六电容具有相同的电容量。

其中较优地，所述第二可调电容与差动传感器的正极接线端(C+)相连，所述第一可调电容与差动传感器的负极接线端(C－)相连。

其中较优地，所述第六电阻的另一端为电流输出端，所述电流输出端分别与放大器电路的正向输入端和反向输入端相连。

其中较优地，所述第一三端稳压器为W7809，所述第二三端稳压器为W7909。

其中较优地，所述第一三端稳压器分别与第一电容、电感、第三电容和第一电阻的一端相连。

本实用新型所提供的石英挠性加速度传感器，其伺服电路原理简易，电路环节相对较少，能够准确分辨表头的细微变化，有效提高了石英挠性加速度传感器的工作精度。

附图说明

图1为本实用新型中，伺服电路的整体工作原理示意图；

图2为本实用新型中，伺服电路中的正弦波发生器的电路原理示意图；

图3为本实用新型中，伺服电路中的整流桥电路的原理示意图；

图4为石英挠性加速度传感器的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1和图4所示，本实用新型所提供的高精度的石英挠性加速度传感器包括表头和伺服电路8。其中，表头包括检测质量摆组件301、电磁力矩器302和差动电容传感器303。该表头的具体结构为现有技术，在此就不做具体说明了。

伺服电路8包括正弦波发生器2、整流桥电路4、放大器电路6、反馈网络7和三端稳压器。三端稳压器包括第一三端稳压器1和第二三端稳压器5。其中，检测质量摆组件301与电磁力矩器302相连；差动电容传感器303与整流桥电路4相连；第一三端稳压器1分别与正弦波发生器2和放大器电路6相连；正弦波发生器2与整流桥电路4相连；整流桥电路4与放大器电路6相连；第二三端稳压器5与放大器电路6相连；放大器电路6分别与反馈网络7和电磁力矩器302相连。

在本伺服电路的一个实施例中，第一三端稳压器1为W7809，所述第二三端稳压器5为W7909。这两个三端稳压器都属于线性集成稳压器。而且，它们都只有3个引出端子，3个引出端子分别为输入端，输出端和接地端。通过给第一三端稳压器1和第二三端稳压器5的输入端提供直流工作电压，使第一三端稳压器1和第二三端稳压器5分别能从各自的输出端输出+9V和－9V的直流电压。

在本伺服电路的一个实施例中，放大器电路6为运算放大器电路。该运算放大器电路具有正向输入端、反方向输入端、正的直流偏置电压端、负的直流偏置电压端和输出端。正向输入端、反方向输入端与整流桥电路的输出端相连。正的直流偏置电压端和第一三端稳压器1的输出端相连；负的直流偏置电压端与第二三端稳压器5的输出端相连。运算放大器电路的输出端分别与电磁力矩器302和反馈网络7相连。其中，通过第一三端稳压器1和第二三端稳压器5为运算放大器提供工作电压，使其能够将来自整流桥电路4的电流信号进行放大，并将放大后的电流信号分别反馈给反馈网络7和电磁力矩器2。反馈网络7将放大后的电流信号中的综合误差信号反馈给前级电路，并与输入信号叠加进行二次处理。

在本伺服电路的一个实施例中，正弦波发生器为L C振荡器。如图2所示，其包括第一电容101、第二电容102、第三电容104、第四电容110、电感103、第一电阻105、第二电阻108、第三电阻109、第一二极管107、三极管106和工作电压。通过第一三端稳压器1为整个LC振荡器提供+9V的工作电压。该第一三端稳压器1分别与第一电容101、电感103、第三电容104和第一电阻105的一端相连；第一电容101的另一端分别与第二电容102的一端、三极管106的发射极和第三电阻109的一端相连。第二电容102分别与第四电容110的一端和三极管106的集电极相连；第四电容110的另一端与整流桥电路4的输入端111相连。电感103并联在第一电容101与第二电容102的两端形成一个选频电路。第一电阻105的另一端分别与第三电容104的另一端、三极管106的基极和第一二极管107的阳极相连。第一二极管107的阴极与第二电阻108的一端相连，第二电阻108和第三电阻109的另一端都与第一地线端相连。其中，三极管优选为NPN型。第一电阻105与第三电容104并联在一起为三极管106提供偏置电压。整个LC振荡器通过调节选频电路，并且，由计算公式可以得出相应的频率,公式中的C为第一电容101和第二电容102电容值之和，L为电感103的电感值。所以，分别选取预定数值的电感103、第一电容101和第二电容102，可以产生频率为1MH z、峰峰值为4.4V的高频正弦波信号为整流桥电路提供一个随时间恒定变化的激励电源，使整流桥电路能够分辨出表头的微小变化，即能分辨出表头中的差动电容传感器微弱的电容变化量。

整流桥电路的原理如图3所示，其包括第二二极管205、第三二极管206、第四二极管207、第五二极管208、第五电容201、第六电容202、第七电容211、第八电容212、第一可调电容203、第二可调电容204、第四电阻209、第五电阻210和第六电阻213。其中，第二可调电容204与差动传感器303的正极接线端(C+)相连，第一可调电容203与差动传感器303的负极接线端(C－)相连。第五电容201和第六电容202具有相同的电容量。整流桥电路的输入端111分别与第五电容201和第六电容202的一端相连，第五电容201的另一端分别与第二可调电容204的一端、第二二极管205的阴极和第四二极管207的阳极相连；第六电容202的另一端分别与第一可调电容203的一端、第三二极管206的阳极和第五二极管208的阴极相连。第一可调电容203和第二可调电容204的另一端分别与第二地线端相连，该第二地线端还分别与第二二极管205的阳极和第三二极管206的阴极相连。第四二极管207的阴极分别与第四电阻209和第七电容211的一端相连，第七电容211的另一端与第三地线端相连，第四电阻209的另一端分别与第五电阻210和第六电阻213的一端相连；第六电阻213的另一端为电流输出端。该电流输出端分别与运算放大器电路的正向输入端和反向输入端相连。第五二极管208的阳极分别与第五电阻210的另一端和第八电容212的一端相连；第八电容212的另一端与第四地线端相连。

该整流桥电路能够将差动电容传感器的微小的电容变化量转换为电流信号。当差动电容传感器输入为正时，第二可调电容204进行充电，整流桥电路中的电流经第四二极管207、第四电阻209和第六电阻213支路传递给运算放大器进行进一步放大。当差动电容传感器输入为负时，第一可调电容203进行充电，整流桥电路中的电流经第五二极管208、第五电阻210和第六电阻213支路传递给运算放大器进行进一步放大。

本实用新型的工作过程是这样的：外界加速度沿石英挠性加速度传感器的输入轴作用，由此产生的惯性力作用于检测质量摆组件，导致其位置发生变化，从而引起差动电容传感器的电容值变化。这种电容值的变化传输到伺服电路的整流桥电路中，整流桥电路将电容变化量转换为电流信号输出给运算放大器电路；运算放大器电路将微弱的电流信号进行放大，并将放大的电流信号反馈给传感器表头的力矩器线圈和反馈网络，从而产生电磁力矩，使得检测质量摆组件重新回到平衡位置。通过测量采样电阻两端的电压即可得到外界加速度的大小。

以上对本实用新型所提供的高精度的石英挠性加速度传感器进行了详细的说明，但并非对本实用新型的限制。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种高精度的石英挠性加速度传感器，包括表头和伺服电路，所述表头包括检测质量摆组件、电磁力矩器和差动电容传感器；其特征在于：

所述伺服电路包括正弦波发生器、整流桥电路、放大器电路、反馈网络和三端稳压器，所述三端稳压器包括第一三端稳压器和第二三端稳压器，其中，所述检测质量摆组件与所述电磁力矩器相连，所述差动电容传感器与所述整流桥电路相连，所述第一三端稳压器分别与所述正弦波发生器和所述放大器电路相连，所述正弦波发生器与所述整流桥电路相连，所述整流桥电路与所述放大器电路相连，所述第二三端稳压器与所述放大器电路相连，所述放大器电路分别与所述反馈网络和所述电磁力矩器相连。

2.如权利要求1所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述正弦波发生器为LC振荡器。

3.如权利要求2所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述LC振荡器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、三极管和工作电压；其中，所述工作电压分别与所述第一电容、所述电感、所述第三电容和所述第一电阻的一端相连；所述第一电容的另一端分别与所述第二电容的一端、所述三极管的发射极和所述第三电阻的一端相连，所述第二电容分别与所述第四电容的一端和所述三极管的集电极相连；所述电感并联在所述第一电容与所述第二电容的两端；所述第一电阻的另一端分别与所述第三电容的另一端、所述三极管的基极和所述第一二极管的阳极相连；所述第一二极管的阴极与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻和所述第三电阻的另一端都与第一地线端相连。

4.如权利要求3所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第四电容的另一端与整流桥电路的输入端相连。

5.如权利要求1所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述整流桥电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一可调电容、第二可调电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻；其中，所述第二可调电容与所述差动传感器的正极接线端相连，所述第一可调电容与所述差动传感器的负极接线端相连，所述整流桥电路的输入端分别与所述第五电容和所述第六电容的一端相连，所述第五电容的另一端分别与所述第二可调电容的一端、所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极相连，所述第六电容的另一端分别与所述第一可调电容的一端、所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阴极相连；所述第一可调电容和所述第二可调电容的另一端分别与第二地线端相连，所述第二地线端还分别与所述第二二极管的阳极和所述第三二极管的阴极相连；所述第四二极管的阴极分别与所述第四电阻和所述第七电容的一端相连，所述第七电容的另一端与第三地线端相连，所述第四电阻的另一端分别与所述第五电阻和所述第六电阻的一端相连，所述第五二极管的阳极分别与所述第五电阻的另一端和所述第八电容的一端相连，所述第八电容的另一端与第四地线端相连。

6.如权利要求5所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第五电容和所述第六电容具有相同的电容量。

7.如权利要求5所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第二可调电容与所述差动传感器的正极接线端(C+)相连，所述第一可调电容与所述差动传感器的负极接线端(C－)相连。

8.如权利要求5所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第六电阻的另一端为电流输出端，所述电流输出端分别与放大器电路的正向输入端和反向输入端相连。

9.如权利要求1所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第一三端稳压器为W7809，所述第二三端稳压器为W7909。

10.如权利要求1所述的石英挠性加速度传感器，其特征在于：

所述第一三端稳压器分别与第一电容、电感、第三电容和第一电阻的一端相连。