气体线加速度传感器制造技术

本发明专利技术气体线加速度传感器属线加速度计领域。该加速度传感器采用气体代替固体敏感质量块，用热敏丝敏感气体自然对流。其敏感元件内热敏丝的排列方式有单丝式、交叉丝式、平行丝式和电热偶式。敏感元件气流腔内的工作气体选作空气或惰性气体。该传感器动态范围内１０↑［－５］～１０↑［－２］ｇ，其结构简单，易于制作，有承受大冲击和振动的特点。该传感器可应用于炮弹、子母弹制导系统，以及车辆、舰船的控制系统和姿态参考系统。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术气体线加速度传感器属于线加速度计领域。加速度计的内部均设置有能敏感惯性力的物质，通常称此物质为敏感质量块、检测质量块或质量块。加速度计即是一种通过测量敏感质量块的惯性力来间接测量加速度的装置，其原理基于牛顿第二定律。现有的加速度计种类繁多，其敏感元件中均采用固体物质作为敏感质量块。在出现大冲击或爆震的恶劣环境中，由于固体敏感质量块的存在，从而引起很大的冲击力，因此，现有加速度计的应用范围受到限制。本专利技术气体线加速度传感器，其敏感元件采用气体代替固体敏感质量块，从而避免了固体敏感质量块引起的冲击力。因此，它无需特别保护装置，就能在大冲击或爆震后正常工作。利用热敏丝加热敏感元件内的气体，使气体产生密度梯度。当比力作用于敏感元件时，热空气和冷空气之间产生自然对流。通过热敏丝构成的电桥可以检测此气体对流，从而可确定比力的大小和方向，这是本专利技术的工作原理。热敏丝选用电阻温度系数大、热稳定性好的φ0.1～50μm金属热敏线材为宜，如铂丝，它既起加热气体的作用，又起敏感对流场的作用。敏感元件中的气体可用任何成份的气体，以既能保护热敏丝，又能提高灵敏度的惰性气体(如He、N2等)为宜，但为简化工艺，通常采用空气即可。敏感元件应选用导热好、强度高的材料，如铜、铝等制做，以便散热和减小热漂移。现结合附图，对本专利技术气体线加速度传感器作如下叙述。附图说明图1热敏丝排列形式及信号取出电路示意图。图2敏感元件剖视图。图3信号处理电路框图。图4气体线加速度传感器剖视图。热敏丝是敏感元件的关键部分，图1示出四种热敏丝的排列形式及信号取出电路。图1(a)是单丝式。r为热敏丝电阻，R为外接串联分压电阻，它们均由恒压源E供电。结点1和结点2代表电极。在比力作用下，热敏丝由于其周围气体的自然对流，其电阻值发生变化，在一定范围内取出的电信号V0与比力呈线性关系。通过实验可标定与检测比力。该单丝式敏感元件简单易行，可以检测总比力的绝对值。图1(b)是平行丝式。热敏丝r1和r2平行焊接在电极1、2、3和4上，热敏丝r1和r2构成电桥的两臂，另两臂为参考电阻R和R′，调整R和R′可使电桥平衡。敏感轴方向在热敏丝r1和r2所确定的平面内并垂直于热敏丝r1和r2。比力沿敏感轴方向施加后，两热敏丝r1和r2间通过自然对流交换热量，导致热敏丝电阻值改变，电桥失去平衡，从而输出一个电压信号V0，此信号与比力呈线性关系。图1(c)是交叉丝式。由焊接在电极1和2上的热敏丝与焊接在电极3和4上的热敏丝相互交叉连接，前者被后者一分为二，各部分分别用r1和r2代表，并构成电桥的两臂。另两臂为参考电阻R和R′，调整参考电阻R和R′可使电桥平衡。敏感轴沿焊接在电极1和2上的热敏丝方向。当比力沿敏感轴方向施加后，热敏丝r1受到来自热敏丝r2的热气流作用，其电阻值增加，电桥失去平衡，从而输出一个与比力呈线性关系的信号V0。图1(d)是热电偶式。这是通过不同热敏丝之间的接触热电势检测温度的方法来设计的。虚线和实线分别代表不同材料的热敏丝，要求r1＜＜r2。敏感轴沿热敏丝r1和r2方向。当比力沿敏感轴输入后，热端敏感到来自r2的热量，输出热电动势差V0。V0与比力绝对值呈线性关系。图2示出敏感元件剖视图。这是图1(b)的具体实施例。热敏丝1和2焊接在电极3的顶端，电极3通过绝缘体4封装在壳体6上，前后两端盖5用螺钉7紧固在壳体6上。在敏感元件中，热敏丝长2～20mm，间距1～5mm，且应平行于圆柱形气体腔的轴线。该敏感元件的电极3、端盖5和壳体6选用铜材或其他导热好的材料。为简化工艺，气体腔中的气体为空气。该敏感元件的灵敏度量级为10mv/g，为了获得实用信号，还必须对此输出信号电压V0进行处理。图3示出信号处理电路框图。其主要由放大器、补偿电路和滤波器组成。放大器包括运放1和运放2两级放大;补偿电路包括零位、灵敏度和非线性补偿电路。滤波器采用低通有源滤波器。该信号处理电路电源采用正负直流稳压电源，其电压值要根据热敏丝电阻值及实用信号大小而定，一般选用±5VDC电源。图4为气体线加速度传感器剖视图。敏感元件11和电路板12装在由上盖9和底板10构成的外壳内，电压输出信号通过插座8引出。本专利技术气体线加速度传感器的灵敏度优于10-5g，动态范围为10-5～102g，有成本低、寿命长，可靠性高等优点，可在大冲击或爆震后正常工作。它适用于炮弹、子母弹的制导系统，以及车辆、舰船的控制系统和姿态参考系统。权利要求1.一种气体线加速度传感器，属于线加速度计领域，由敏感元件、信号处理电路和外壳组成，其特征是敏感元件主要由热敏丝和气体敏感质量块构成。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征是敏感元件中的气体为干燥空气或惰性气体。3.根据权利要求1所述的传感器，特征是敏感元件中的热敏丝排列形式有单丝式、平行丝式、交叉丝式和热电偶式。4.根据权利要求3所述的传感器，其特征是敏感元件中的热敏丝为直径0.1～50μm的金属材料，如铂丝。全文摘要本专利技术气体线加速度传感器属线加速度计领域。该加速度传感器采用气体代替固体敏感质量块，用热敏丝敏感气体自然对流。其敏感元件内热敏丝的排列方式有单丝式、交叉丝式、平行丝式和热电偶式。敏感元件气流腔内的工作气体选作空气或惰性气体。该传感器动态范围为10文档编号G01P15/00GK1067742SQ92101089公开日1993年1月6日 申请日期1992年2月27日 优先权日1992年2月27日专利技术者张福学, 陈占先, 罗玉华 申请人:北京信息工程学院 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体线加速度传感器，属于线加速度计领域，由敏感元件、信号处理电路和外壳组成，其特征是：敏感元件主要由热敏丝和气体敏感质量块构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张福学，陈占先，罗玉华，
申请(专利权)人：北京信息工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]