基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，包括接口、底座、X方向质量块、Y方向质量块、X方向挠结构、Y方向挠结构、X方向力敏感元件、Y方向力敏感元件；底座与Y方向质量块通过Y方向挠结构连接，其余位置通过切缝分离；Y方向质量块与X方向质量块通过X方向挠结构进行连接，其余位置通过切缝分离；两个X方向力敏感元件两端沿Z轴横跨切槽，分别粘接固定于X方向质量块和Y方向质量块，关于Z轴对称分布；两个Y方向力敏感元件两端横跨切槽，分别粘接固定于底座和Y方向质量块，关于Z轴对称分布。本实用新型专利技术提出的双轴加速度计敏感结构，可以敏感两个方向的加速度值，具有精度高、量程大、体积小等优点。

Sensitive structure of biaxial accelerometer based on force sensor

The utility model discloses a two-axis accelerometer sensing structure based on force sensing element, which includes interface, base, X-direction mass block, Y-direction mass block, X-direction deflection structure, Y-direction deflection structure, X-direction force sensing element and Y-direction force sensing element; the base and Y-direction mass block are connected by Y-direction deflection structure, and the rest of the positions are separated by the Y-direction mass block and X-direction through the slit; The mass blocks are connected by X-direction flexural structure, and the rest are separated by slits; the two X-direction force sensors cross the slots along the Z-axis, and are bonded to the X-direction mass blocks and the Y-direction mass blocks, respectively, for Z-axis symmetrical distribution; the two Y-direction force sensors cross the slots, and are bonded to the base and the Y-direction mass blocks respectively, for Z-axis symmetrical distribution. The sensing structure of the double-axis accelerometer proposed by the utility model can sense the acceleration values in two directions, and has the advantages of high accuracy, large measuring range and small volume.

【技术实现步骤摘要】
基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构
本技术属于加速度计
，涉及一种双轴加速度计，尤其涉及一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构。
技术介绍
物体在空间的运动状态，可以由三个自由度的加速度和三个自由度角速度来进行描述。通过对加速度和角速度的时间函数进行积分运算，即可知道物体相对初始时刻的线速度和偏转角度；通过对速度和角速度的时间积分，即可知道物体的运动路径。这种确定物体空间运动状态和位置的方法，即为惯性导航。其通过加速度计感知加速度，通过陀螺仪感知角速度。加速度计是惯性导航的核心部件，根据其作用原理可以分为压阻式、压电式、振梁式、隧穿电流式和电容式。在高量程和高灵敏度领域，一般使用力敏感元件加速度计。按敏感自由度分，可分为单轴、双轴和三轴加速度计。单轴加速度计可以敏感一个方向的加速度变化，通过多个组合形成双轴或三轴的系统。双轴加速度计可以敏感两个正交方向的加速度变化，确定物体在平面内的位置，在工业领域应用较多。三轴加速度计可以确定物体在三维空间的位置，广泛应用于导航控制等领域。中国专利1(专利号201310020857.5)公布了一种单轴加速度计，其采用力敏感元件方案，可以敏感一个自由度的加速度大小，具有很高的测量精度。该方案将力敏感元件贴合在挠性摆片上，通过测量力敏感元件的谐振频率，计算出质量块的惯性力，从而计算出对应的加速度。由于结构的限制，该方案仅能敏感一个自由度的加速度。中国专利2(专利号201611196565.7)公布了一种双轴加速度计，其采用电容式原理，可以敏感两个自由度的加速度大小。其一体式的敏感结构包括框架、折叠梁、敏感质量块、梳齿结构、锚点等部分。由于电容式原理的固有缺陷，其敏感精度较低，难以应用于高精度控制系统。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的加速度计，以便克服现有加速度计存在的上述缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，可敏感两个方向的加速度值，精度高、量程大、体积小。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，所述双轴加速度计敏感结构为绕Z轴180°旋转对称的空心薄壁结构，包括：接口，底座，X方向质量块，Y方向质量块，X方向挠结构，Y方向挠结构，两个X方向力敏感元件，两个Y方向力敏感元件；敏感结构通过接口固定在加速度计内；底座与Y方向质量块通过Y方向挠结构连接，其余位置通过第一切缝、第二切缝分离；Y方向质量块与X方向质量块通过X方向挠结构进行连接，其余位置通过第三切缝、第四切缝分离；两个X方向力敏感元件两端沿Z轴横跨切槽，分别粘接固定于X方向质量块和Y方向质量块，关于Z轴对称分布；两个Y方向力敏感元件两端横跨切槽，分别粘接固定于底座和Y方向质量块，关于Z轴对称分布。作为本技术的一种优选方案，X方向质量块和Y方向质量块质心均在Z轴上；X方向挠结构分为Y负侧X方向挠结构，Y正侧X方向挠结构；Y方向挠结构分为X负侧Y方向挠结构和X正侧Y方向挠结构。两个X方向力敏感元件分为X负方向力敏感元件和X正方向力敏感元件；两个Y方向力敏感元件分为Y负方向力敏感元件和Y正方向力敏感元件。作为本技术的一种优选方案，除力敏感元件外的框架结构，由一整块高弹合金一体加工而成；力敏感元件与所述框架结构通过胶黏剂进行粘接固定。作为本技术的一种优选方案，所述框架结构为高弹性合金材料。作为本技术的一种优选方案，所述高弹性合金材料为铍青铜等。作为本技术的一种优选方案，所述第一切缝、第二切缝的分布，关于Z轴180°旋转对称；所述第三切缝、第四切缝的分布，关于Z轴180°旋转对称。作为本技术的一种优选方案，通过改变切缝的位置，调节X方向质量块31和Y方向质量块21的质量和质心位置，从而调节敏感结构的结构常数α。作为本技术的一种优选方案，X方向挠结构与Y方向挠结构在同一平面内。作为本技术的一种优选方案，力敏感元件的贴装位置，均在所在面的中心轴线上，保持结构的对称性。作为本技术的一种优选方案，所有挠结构均具有相同的尺寸，最细部分宽度0.04～0.1mm。本技术的有益效果在于：本技术提出的基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，可以敏感两个方向的加速度值，具有精度高、量程大、体积小等优点。附图说明图1为本技术双轴加速度计敏感结构的结构示意图。图2为本技术双轴加速度计敏感结构的俯视图。图3为本技术双轴加速度计敏感结构Y方向主视图。图4为本技术双轴加速度计敏感结构X方向主视图。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术的优选实施例。实施例一请参阅图1、图2，本技术揭示了一种基于力敏感元件方案的高精度双轴加速度计敏感结构，可以同时敏感两个正交方向的加速度变化。所述敏感结构为绕Z轴180°旋转对称的空心薄壁结构，包括：接口10，底座11，X方向质量块31，Y方向质量块21，X方向挠结构30，Y方向挠结构20，两个X方向力敏感元件341,342，两个Y方向力敏感元件241,242。敏感结构通过接口10固定在加速度计内。底座11与Y方向质量块21通过Y方向挠结构20连接，其余位置通过切缝第一切缝22、第二切缝23分离；Y方向质量块21与X方向质量块31通过X方向挠结构30进行连接，其余位置通过第三切缝32、第四切缝33分离。两个X方向力敏感元件341、342两端沿Z轴横跨切槽35，分别粘接固定于X方向质量块31和Y方向质量块21，关于Z轴对称分布；两个Y方向力敏感元件241、242两端横跨切槽25，分别粘接固定于底座11和Y方向质量块21，关于Z轴对称分布。图2为本技术所述敏感结构的俯视半剖图，为绕Z轴180°旋转对称结构。X方向质量块和Y方向质量块质心均在Z轴上；X方向挠结构30分为Y负侧X方向挠结构301，Y正侧X方向挠结构302。Y方向挠结构20分为X负侧Y方向挠结构201和X正侧Y方向挠结构202。X方向力敏感元件分为X负方向力敏感元件和X正方向力敏感元件；Y方向力敏感元件分为Y负方向力敏感元件和Y正方向力敏感元件。本技术的工作原理是：当敏感结构受到X方向的惯性力作用时，X方向质量块31绕X方向挠结构30发生转动，转动轴为Y轴，两个X方向力敏感元件一个被拉伸，一个被压缩。力敏感元件被压缩或拉伸时，其谐振频率发生改变，通过测量两个力敏感元件的谐振频率变化，可以计算出力敏感元件受到的轴向力，从而计算出质量块受到的惯性力，转换成X方向的加速度值。Y方向敏感原理与此相同，其转动轴为X轴。X轴与Y轴相交于Z轴上点O，即为此敏感结构的中心点。X方向加速度的计算公式为：ax＝αx*βx*(△fx1+△fx2)/mx其中：ax：X方向的加速度大小αx：敏感结构的X方向结构常数βx：X方向力敏感元件的力频系数，与振梁结构相关。△fx1，△fx2：X方向两个力敏感元件的谐振频率变化值。mx：X方向质量块的质量敏感结构X方向受惯性力作用时的受力分析如附图2所示。X方向质量块绕X方向挠结构30的中心点O进行转动，力平衡方程为：Ffx1*Lx1+Ffx2*Lx2＝Fax*Dx其中：Ffxl：X负方向力敏感元件341对X方向质量块31的作用力。Ffx2：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，其特征在于，所述双轴加速度计敏感结构为绕Z轴180°旋转对称的空心薄壁结构，包括：接口(10)，底座(11)，X方向质量块(31)，Y方向质量块(21)，X方向挠结构(30)，Y方向挠结构(20)，两个X方向力敏感元件(341,342)，两个Y方向力敏感元件(241,242)；敏感结构通过接口(10)固定在加速度计内；底座(11)与Y方向质量块(21)通过Y方向挠结构(20)连接，其余位置通过第一切缝(22)、第二切缝(23)分离；Y方向质量块(21)与X方向质量块(31)通过X方向挠结构(30)进行连接，其余位置通过第三切缝(32)、第四切缝(33)分离；两个X方向力敏感元件(341、342)两端沿Z轴横跨切槽(35)，分别粘接固定于X方向质量块(31)和Y方向质量块(21)，关于Z轴对称分布；两个Y方向力敏感元件(241,242)两端横跨切槽(25)，分别粘接固定于底座(11)和Y方向质量块(21)，关于Z轴对称分布。

【技术特征摘要】
1.一种基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，其特征在于，所述双轴加速度计敏感结构为绕Z轴180°旋转对称的空心薄壁结构，包括：接口(10)，底座(11)，X方向质量块(31)，Y方向质量块(21)，X方向挠结构(30)，Y方向挠结构(20)，两个X方向力敏感元件(341,342)，两个Y方向力敏感元件(241,242)；敏感结构通过接口(10)固定在加速度计内；底座(11)与Y方向质量块(21)通过Y方向挠结构(20)连接，其余位置通过第一切缝(22)、第二切缝(23)分离；Y方向质量块(21)与X方向质量块(31)通过X方向挠结构(30)进行连接，其余位置通过第三切缝(32)、第四切缝(33)分离；两个X方向力敏感元件(341、342)两端沿Z轴横跨切槽(35)，分别粘接固定于X方向质量块(31)和Y方向质量块(21)，关于Z轴对称分布；两个Y方向力敏感元件(241,242)两端横跨切槽(25)，分别粘接固定于底座(11)和Y方向质量块(21)，关于Z轴对称分布。2.根据权利要求1所述的基于力敏感元件的双轴加速度计敏感结构，其特征在于：X方向质量块和Y方向质量块质心均在Z轴上；X方向挠结构(30)分为Y负侧X方向挠结构(301)，Y正侧X方向挠结构(302)；Y方向挠结构(20)分为X负侧Y方向挠结构(201)和X正侧Y方向挠结构(202)；两个X方向力敏感元件分为X负方向力敏感元件和X正方向力敏感元件；两个Y方向力敏感元件分为Y负方向力...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，胡鸿，
申请(专利权)人：上海肇擎传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31