差分式力平衡加速度传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种差分式力平衡加速度传感器，尤其是涉及一种用于中、低频振动加速度测量的加速度传感器。本实用新型专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种差分式力平衡加速度传感器，其特征在于：其特征在于包括电路部分和机械底座部分，所描述电路部分有RC桥式振荡电路、检波电路及差动输出电路；所描述的机械底座部分包括有线圈、磁缸、差变电容器、调零机构和铝圆环。本实用新型专利技术的有益效果在于，测量范围增大、频带宽、动态范围大、零点稳定、组装调试简单、支持单端输出和差动输出两种输出方式。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种差分式力平衡加速度传感器，尤其是涉及一种用于中、低频振动加速度测量的加速度传感器。本技术是通过如下技术方案来实现的：一种差分式力平衡加速度传感器，其特征在于：其特征在于包括电路部分和机械底座部分，所描述电路部分有RC桥式振荡电路、检波电路及差动输出电路；所描述的机械底座部分包括有线圈、磁缸、差变电容器、调零机构和铝圆环。本技术的有益效果在于，测量范围增大、频带宽、动态范围大、零点稳定、组装调试简单、支持单端输出和差动输出两种输出方式。【专利说明】差分式力平衡加速度传感器
本技术涉及一种加速度传感器，尤其是涉及一种用于中低频振动测量的加速度传感器。
技术介绍
加速度传感器是用来将机械加速度信号转变成更加方便测量的电信号测试仪表。这种传感器适合用于测量地震、大型结构、机械、交通、航海等领域的振动测量。目前市场上的力平衡加速度传感器基本基于图1的结构示意图。如图1所示，该加速度传感器采用差动电容作为加速度检测敏感元件的闭环式传感器。当由于外界运动而使传感器线圈产生位移时，差动电容就把位移变化转换成电容量值变化，再利用RC桥式振荡电路的高频信号将电容变化转化为电压输出量值。现有力平衡加速度传感器中，通过调整调零机构来调整差动电容中间极板位置来实现调整传感器电路零点。即通过调整带有螺纹的调零杆带动零点架及线圈、差动电容中间极板运动。这种配合稳定性差，在遇到突然的敲击振动时，调零杆会轻微弹动造成传感器零点突变。现有结构的传感器测量范围有限，约为正负2g，动态范围也只有120dB，这些缺点使得力平衡加速度传感器应用范围有限。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种组装调试简单、频带宽、动态范围大、测量范围高、零点稳定的力平衡加速度传感器。本技术是通过如下技术方案来实现的:一种差分式力平衡加速度传感器，其特征在于:包括电路部分和机械底座部分，所描述电路部分有RC桥式振荡电路、检波电路及差动输出电路；所描述的机械底座部分包括有线圈4、磁缸5、差变电容器(由上极板1、中间极板2和下极板3组成)、调零机构和铝圆环。进一步地，所述加速度传感器的电路部分，RC桥式振荡电路有自动产生20kHz正弦波的功能，由选频网络、放大电路和稳幅电路三部分组成，所产生的高频正弦波作为激励信号输入到差变电容器的输入端。进一步地，所述加速度传感器的电路部分，该检波电路可以从差动电容输出端输出的高频载波信号中检出实际的低频震动信号，并将该低频震动信号输送到差动放大电路中。该检波电路核心电路为场效应管开关电路。进一步地，所述加速度传感器的电路部分，差动输出放大电路由两个运算放大电路组成，见图2。第一个运送放大电路(0P177_1)的输出信号为差动输出信号的正输出端，同时它也为第二个运算放大电路(0P177_2)的输入端。第二个运算放大电路的输出信号为差动输出信号的负输出端。正信号输出端、负信号输出端构成一对差动输出信号端口，即为该传感器的信号输出端。进一步地，所述加速度传感器的电路部分与机械底座部分通过铜螺钉紧固在一起，通过三个螺钉与机械底座的铝圆环紧固定，使传感器机械、电路一体，见图3的传感器机械装配图。进一步地，电路部分的RC桥式振荡电路的输出信号通过导线连接到机械底座的差变电容器输入端。差变电容器输出信号端通过导线连接到电路部分的检波电路输入端。进一步地，传感器电路部分的输入输出端口有+12V、GND、-12V、标定信号、去阻尼信号、正输出信号和负输出信号七个端口。进一步地，所述加速度传感器的机械底座部分，线圈4通过胶水粘接的差变电容的中间极板2上，见图4。而不是通过螺钉紧固连接，有效减轻了传感器的运动部件的质量，使得传感器的频响、动态范围等多种参数都得到了改善。进一步地，所述加速度传感器的机械底座部分，磁缸5由纯铁加工而成，内部有一个直径为21毫米的圆柱形空间，该空间正中心位置安装一个直径为8毫米的高磁性磁铁6，见图5。磁缸5和磁铁6共同在两者间的圆环空间内形成均勻磁场。进一步地，所述加速度传感器的机械底座部分，差变电容器由上极板1、中间极板2和下极板3组成。上极板I和下极板3为圆环形电路板，其中上极板I下表面覆铜，下极板3上表面覆铜，见图6。中间极板2为近似圆形电路板，它的上下两面均覆铜，见图7。上极板1、下极板3两者间距固定，而中间极板2位于上下极板中间，位置可以调整。上极板I与中间极板2上表面组成一组电容，中间极板2的下表面与下极板3组成一组电容，这两组电容构成一组差变电容器。下极板3的下表面通过胶水紧贴磁缸5上表面安装，上极板I的上表面通过胶水紧贴一个铝圆环安装，并且上极板I与下级板3的固定与间距控制，通过三个相同长度的铜螺杆、铜套管来保持间距，并且保持上极板1、下极板3的表面始终水平。进一步地，所述加速度传感器的机械底座部分，调零机构由零点架7、调零杆8、2个弹簧、2个簧片9等共同组成。零点架7是由铝块加工而成的、上下两层结构的扇形，见图8。仅通过扇形外侧长2毫米、宽0.5毫米、高I毫米的薄铝连接，该薄铝连接使得零点架保持一定弹性。零点架7的侧面通过两个簧片与中间极板2两侧相连，连接方式都是通过螺钉、螺母紧固定。零点架7的底层通过两个螺孔、两个螺钉与磁缸6的上表面紧固定。零点架7的上层通过两个通孔、由两个螺杆来分别压紧两个弹簧来使零点架7位置稳定。零点架7的上层中间有一个M2螺纹孔，有一个M2螺杆8安装在此螺纹孔内，通过调节此M2螺杆8来调节零点架的上层向上或向下轻微移动。本技术的有益效果在于，首先，将传感器以往的单端输出电路改为差动输出电路，使得该加速度传感器不仅支持差动输出，也支持单端输出，使传感器使用、应用更广。其次，很好的改进了加速度传感器的零点机构，使传感器零点稳定、不会发生随机械振动而产生零点跳变现象。同时传感器机械安装、调试更方便。第三，改进了传感器机械部分的线圈安装方式，减小了传感器运动部件所带质量，使得传感器的具体性能指标都有较大的提高，因此也扩大了该差分式传感器的应用范围。最后，在同类型力平衡加速度传感器中，其测量范围达到3g，有效频率范围可以达到0-160HZ，动态范围达到130dB，从而使传感器可以应用于低频、中频振动测量领域。【专利附图】【附图说明】图1是本技术传感器结构示意图。图2是本技术传感器差动放大电路图。图3是本技术传感器的机械装配图。图4是本技术传感器线圈图。图5是本使用新型传感器的磁缸俯视图。图6是本技术传感器的上极板、下极板图。图7是本技术传感器的中间极板图。图8是本技术传感器的零点架图。附表I和附表2是传感器的技术参数表和幅频相应数据。【具体实施方式】下面结合说明书附图对本技术的【具体实施方式】作以详细的描述。图1为本技术专利的差分式力平衡加速度传感器的工作原理示意图，该传感器主要有两大部分，电路部分和机械底座部分。电路部分包括RC桥式振荡电路、检波电路、差动输出放大电路。其中图2为电路部分中的差动输出电路图，这是本专利的创新部分。RC桥式振荡电路能自动将传感器中一定频率的噪音信号放大，并生成稳定的20kHz的正弦波，该正弦波的一路直接输送到差变电容的上极板1，另一路被取反后输送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分式力平衡加速度传感器，其特征包括电路部分和机械底座部分，所描述电路部分有RC桥式振荡电路、检波电路及差动输出电路；所描述的机械底座部分包括有线圈、磁缸、差变电容器、调零机构和铝圆环，其中： RC桥式振荡电路，用于产生高频正弦交流信号，并提供给机械底座部分的差变电容器作为交流激励信号； 检波电路，用于对机械底座部分的差变电容器输出的高频交流信号进行解调，并检出代表振动的低频加速度信号； 差动输出放大电路，用于对检波电路输出的信号进行放大调理，并将加速度传感器的单端输出信号调整为双端差动输出信号； 差变电容器，用于对机械部分的线圈运动位移转换为电量变化； 线圈，用于切割磁缸中的磁场，产生反馈电磁力为传感器提供反馈电磁力； 磁缸，用于产生均匀磁场，辅助产生反馈电磁力为传感器提供反馈电磁力； 调零机构，用于调整传感器的零点，即调整线圈在磁缸中的位置； 铝圆环，用于固定差变电容器的上极板、固定传感器的电路部分，即固定电路板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小军，李彩华，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11