CN207882297U - 一种静电谐振式加速度计 - Google Patents

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何高法
周明举
孟杰
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Abstract

本实用新型提供一种静电谐振式加速度计，该加速度计包括质量块和至少一个谐振器，所述谐振器上设置有电极，所述质量块为导体，所述质量块与所述谐振器之间被施加一定的直流电压，使谐振器受到一定的静电力，在某一频率下处于谐振状态。本实用新型采用谐振器和质量块分离设计，谐振器和质量块之间的作用力为非接触长程静电力，确保谐振器的独立工作，提高了谐振器的品质因子和灵敏度。本实用新型中，感应加速度变化量的静电力作用在谐振器梁(或音叉梁)的横向，对谐振频率的影响大，加速度计灵敏度高。在制造工艺方面，本实用新型将谐振器和质量块分离制造，结构简单，制造成本低。

Description

一种静电谐振式加速度计
技术领域
本实用新型涉及加速度计领域，具体涉及一种用于惯性导航等领域的线加速度值检测的加速度计。
背景技术
惯性导航***利用陀螺仪和加速度计同时测量载体运动的角速度和线加速度，并通过计算机实时解算出载体的三维姿态、速度、位置等导航信息。加速度计是惯性***的核心仪表，其技术指标直接影响惯性导航***整体性能，因此加速度计技术一直是惯性技术的重要标志并受到格外重视。
加速度计有多种工作原理，从传感器原理上看包括有：电容、电磁、光学、压阻、压电、谐振(频率)等。谐振式加速度计可直接把加速度转化为频率输出，避免了幅度测量的误差，不易受到环境噪声的干扰，而且准数字输出可简化接口电路，在传输和处理过程中也不易出现误差，其工作原理就确立了它的优势。但是，目前谐振式加速度计的结构一般设计为惯性力作用在谐振器梁(或音叉梁)的轴向，利用梳齿式结构进行检测和激励。该设计导致加速度计灵敏度不高，且结构非常复杂，制造难度大。为了提高灵敏度，部分设计采用了微杠杆机构来放大惯性力，这导致了其结构更加复杂，质量块位移增大，惯性力放大效果不明显。另外，当前设计的加速度计质量块惯性力均直接作用在谐振器上，质量块与谐振器必须采用一体化制造，相互接触，相互影响，降低了谐振器的品质因子。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种静电谐振式加速度计。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种静电谐振式加速度计，该加速度计包括质量块和至少一个谐振器，所述谐振器上设置有电极，所述质量块为导体，所述质量块与所述谐振器之间被施加一定的直流电压，使谐振器受到一定的静电力，在某一频率下处于谐振状态。
优选地，所述的至少一个谐振器为一个谐振器，设置于质量块的一侧。
优选地，所述的至少一个谐振器为两个谐振器，所述两个谐振器分别位于质量块的两侧。
优选地，所述的至少一个谐振器为两个谐振器，两个谐振器位于质量块的同一侧。
优选地，所述的至少一个谐振器为四个谐振器，每两个谐振器组成一个谐振单元，两个谐振器并排设置，质量块的相对两侧各设置一个谐振单元。
优选地，所述谐振器为石英音叉谐振器。
如上所述，本实用新型的一种静电谐振式加速度计，具有以下有益效果：
本实用新型采用谐振器和质量块分离设计，谐振器和质量块之间的作用力为非接触长程静电力，确保谐振器的独立工作，提高了谐振器的品质因子和灵敏度。本实用新型中，感应加速度变化量的静电力作用在谐振器梁(或音叉梁)的横向，对谐振频率的影响大，加速度计灵敏度高。在制造工艺方面，本实用新型将谐振器和质量块分离制造，结构简单，制造成本低。
附图说明
图1为本实用新型所述的静电谐振式加速度计其中一实施例的原理图，图中的箭头方向为质量块的振动方向；
图2为本实用新型所述的静电谐振式加速度计其中另一实施例的原理图，图中的箭头方向为质量块的振动方向；
图3为本实用新型所述的静电谐振式加速度计其中另一实施例的简图；
图4为本实用新型所述的静电谐振式加速度计其中另一实施例的简图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实用新型提供一种静电谐振式加速度计，该加速度计包括质量块1和至少一个谐振器，所述谐振器上设置有电极2、4，所述质量块为导体，所述质量块与所述谐振器之间被施加一定的直流电压，使谐振器受到一定的静电力，在某一频率下处于谐振状态。
于本实施例中，所述谐振器为石英音叉谐振器。
石英音叉谐振器的谐振频率会根据作用在音叉梁上的力大小的变化而变化。于本实施例中，在音叉谐振器和质量块之间施加一定的偏置电压(直流)，同时使音叉谐振器处于谐振状态。当有外界加速度作用到质量块上时，由柔性梁支撑的质量块会在惯性力作用下发生一定的位移，该位移将导致谐振器音叉梁与质量块之间的距离发生改变，从而导致谐振器所受的静电力大小发生变化，则谐振器的谐振频率也会随之变化，通过锁相环电路检测谐振频率的变化量，从而检测出加速度的大小。然后通过锁相环电路检测谐振频率的变化量，从而检测出加速度的大小为现有技术，此处就不作过多的说明。
本实用新型对谐振器的个数与位置不作进一步限定，只要满足能够使得在谐振器与质量块间形成电场的要求即条。
比如，本实施例中，如图2所示，可以设置一个谐振器，即第一谐振器3位置质量块的一侧。
在另一实施例中，如图1所示，可以设置两个谐振器，分别质量块相对的两侧，即第一谐振器3和第二谐振器。
在另一实施例中，如图3所示，所述的至少一个谐振器为两个谐振器，两个谐振器位于质量块的同一侧。
在另一实施例中，如图4所示，所述的至少一个谐振器为四个谐振器，每两个谐振器组成一个谐振单元，两个谐振器并排设置，质量块的相对两侧各设置一个谐振单元。
本实用新型采用谐振器和质量块分离设计，谐振器和质量块之间的作用力为非接触长程静电力，确保谐振器的独立工作，提高了谐振器的品质因子和灵敏度。本实用新型中，感应加速度变化量的静电力作用在谐振器梁(或音叉梁)的横向，对谐振频率的影响大，加速度计灵敏度高。在制造工艺方面，本实用新型将谐振器和质量块分离制造，结构简单，制造成本低。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种静电谐振式加速度计，其特征在于，该加速度计包括质量块和至少一个谐振器，所述谐振器上设置有电极，所述质量块为导体，所述质量块与所述谐振器之间被施加一定的直流电压，使谐振器受到一定的静电力，在某一频率下处于谐振状态。
2.根据权利要求1所述的一种静电谐振式加速度计，其特征在于，所述的至少一个谐振器为一个谐振器，设置于质量块的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种静电谐振式加速度计，其特征在于，所述的至少一个谐振器为两个谐振器，所述两个谐振器分别位于质量块的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种静电谐振式加速度计，其特征在于，所述的至少一个谐振器为两个谐振器，两个谐振器位于质量块的同一侧。
5.根据权利要求1所述的一种静电谐振式加速度计，其特征在于，所述的至少一个谐振器为四个谐振器，每两个谐振器组成一个谐振单元，两个谐振器并排设置，质量块的相对两侧各设置一个谐振单元。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种静电谐振式加速度计，其特征在于，所述谐振器为石英音叉谐振器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108398575A (zh) * 2018-03-19 2018-08-14 重庆科技学院 一种静电谐振式加速度计及加速度测量方法
CN114200223A (zh) * 2021-12-07 2022-03-18 浙江大学 一种基于1：3频率比非线性静电耦合的mems谐振式静电计

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