專利名稱：測力單元組合式六維加速度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加速度傳感器設計制造領域，特別涉及一種測量空間三維線加速 度和三維角加速度的測力單元組合式六維加速度傳感器。
背景技術：
加速度傳感器按測量坐標系來分，可分為慣性式和相對式兩大類，按測量的維數 可分為單維和多維加速度傳感器，慣性式加速度傳感器通過測量質量塊所受的慣性力來間 接檢測加速度，其一般是由彈性體，應變片(或其他元件)和轉換電路組成，當存在加速度 時，彈性體受到慣性質量塊慣性力的作用而發生變形，通過應變片或其它檢測元件和轉換 電路得到相應的線加速度或角加速度。目前國內外三維(軸)線加速度傳感器較多，三維 (軸)角加速度傳感器研究較少；能同時實現三維線加速度與三維角加速度測量的六維加 速度傳感器更少。主要是由于六維加速度傳感器彈性體結構復雜，缺乏成熟的設計理論，因 此開發的技術難點在于找到易于設計制造的彈性體結構，同時使線加速度和角加速度在同 一傳感器上得以匹配。目前雖然有一些關于六維加速度傳感器的報道，但都有這樣或那樣 的缺點，不易實現，比如雙十字梁結構，存在各向同性差，設計制造難度大等不足。
發明內容為了克服現有六維加速度傳感器各向同性差、設計制造難度大等不足，同時為了 使線加速度和角加速度的測量在同一傳感器中得到較好匹配，本發明提供一種測力單元組 合式六維加速度傳感器，該傳感器以測力單元圓周對稱布置，和慣性質量塊組合成自由度 為0的加速度傳感器，并以各個支桿理論力輸出為評價指標進行設計，本發明在能夠測量 三維線加速度和三維角加速度的基礎上能夠使其得到更好的匹配，并能達到較好的各向同 性。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是六個測力單元分為三組，呈圓周對稱 布置，支撐在慣性質量塊和基座之間，同時在慣性質量塊和基座之間由拉伸彈簧提供預緊 力，通過改變拉伸彈簧的長度來改變所施加預緊力的大小。當外界有待測加速度存在時，慣 性質量塊產生慣性力，各測力單元將由慣性力產生的壓力變為電信號輸出，以此可反求得 外界待測加速度的數值。本發明的優點本發明力學模型簡單，輸出量合成和分解算法簡便，線加速度和角 加速度產生的應變量能夠較好匹配，靈敏度、各向同性好，結構緊湊，裝配方便，便于加工制 造，同時測力單元與慣性質量塊、基座的連接處用錐端球頭和部分球窩代替，摩擦力小。
以下結合附圖對本發明進一步說明。
圖1是測力單元組合式六維加速度傳感器上部零部件結構示意圖；圖2是測力單元組合式六維加速度傳感器下部零部件結構示意圖；[0009]圖3為測力單元結構示意圖。在圖1、圖2、圖3中，1.慣性質量塊，2.測力單元，3.上鉤環，4.拉伸彈簧，5.下鉤 環，6.基座，7.上鉤環鎖緊螺母，8.壓入式螺紋襯套，9.下鉤環鎖緊螺母。
具體實施方式
圖1是本發明公開的一個實施例，6個測力單元2分為三組，呈圓周對稱布置，支 撐在慣性質量塊ι和基座6之間，它由一端為螺紋一端為錐端球頭的支桿2-1和壓力傳感 器2-2組成，測力單元2與基座6之間的連接靠支桿2-1的錐端球頭和基座6上的半球窩 保證，半球窩的球心在同一水平面上，并且在基座6的表面上，球心位置滿足一定的幾何關 系。測力單元2與慣性質量塊1的連接靠支桿2-1的錐端球頭和慣性質量塊1上的半球窩 保證，慣性質量塊1下端有6個部分球窩，球窩的球心在慣性質量塊1的球面上并且在同一 水平面上，球心位置滿足特定的幾何關系。在慣性質量塊1和基座6之間用拉伸彈簧4施 加預緊力，上鉤環3通過螺紋聯接固定在慣性質量塊1上，并用鎖緊螺母7鎖死，下鉤環5 與壓入式螺紋襯套8用螺紋聯接，通過改變下鉤環5的位置來調節拉伸彈簧5的預緊力，在 得到所要求的預緊力后，用鎖緊螺母9鎖死，。當有待測加速度輸入時，慣性質量塊1產生 慣性力，測力單元2產生相應的壓力，壓力傳感器2-2輸出電信號，通過解耦計算，即可得到 待測加速度的大小和方向。所發明的測力單元組合式六維加速度傳感器可直接應用于多維加速度測試系統 上，也可用于機器人、軍事、衛星導航系統、汽車、控制、儀器儀表、地震檢測等領域，應用前 景非常廣闊。
權利要求1.一種測力單元組合式六維加速度傳感器，包括慣性質量塊(1)，測力單元(2)，上鉤 環(3)，拉伸彈簧(4)，下鉤環(5)，基座(6)，上鉤環鎖緊螺母(7)，壓入式螺紋襯套(8)，下 鉤環鎖緊螺母(9)，其特征是6個測力單元2分為三組，呈圓周對稱布置，支撐在慣性質量 塊(1)和基座(6)之間，測力單元(2)與基座(6)之間的連接靠支桿(2-1)的錐端球頭和基 座(6)上的半球窩保證，測力單元(2)與慣性質量塊1的連接靠支桿(2-1)的錐端球頭和 慣性質量塊(1)上的部分球窩保證，在慣性質量塊(1)和基座(6)之間用拉伸彈簧(4)施 加預緊力，上鉤環(3)通過螺紋聯接固定在慣性質量塊(1)上，并用鎖緊螺母(7)鎖死，下 鉤環(5)與壓入式螺紋襯套(8)用螺紋聯接，通過改變下鉤環(5)的位置來調節拉伸彈簧 (5)的預緊力，在得到所要求的預緊力后，用鎖緊螺母(9)鎖死，當有待測加速度輸入時，慣 性質量塊⑴產生慣性力，測力單元⑵產生相應的壓力，壓力傳感器(2-2)輸出電信號， 通過解耦計算，即可得到待測加速度的大小和方向。
2.根據權利要求1所述的測力單元組合式六維加速度傳感器，其特征是慣性質量塊 ⑴上的球窩球心在慣性質量塊⑴的外表面上，且六個球心處于同一水平面，與慣性質量 塊(1)球心水平面之間有一特定距離，并且球窩之間滿足特定的幾何關系。
3.根據權利要求1所述的測力單元組合式六維加速度傳感器，其特征是在基座(6) 的內上表面上開有三組半球窩，半球窩的球心在同一水平面上，并且在基座(6)的內上表 面上，球心位置滿足特定的空間關系。
4.根據權利要求1所述的測力單元組合式六維加速度傳感器，其特征是測力單元(2) 為裝配結構，它由一端為螺紋一端為錐端球頭的支桿(2-1)和壓力傳感器(2-2)組成，支桿 2-1和壓力傳感器(2-2)通過螺紋聯接裝配，并且，其中心線在一條直線上。
5.根據權利要求1所述的測力單元組合式六維加速度傳感器，其特征是預緊力由拉 伸彈簧4來保證，并且預應力的大小由壓入式螺紋襯套(8)來調節，在達到預應力的條件 下，由鎖緊螺母(9)鎖緊，保證預應力值的恒定。
專利摘要本實用新型公開一種測力單元組合式六維加速度傳感器，其特征是六個測力單元(2)分為三組，呈圓周對稱布置，支撐在慣性質量塊(1)和基座(6)之間，同時在慣性質量塊(1)和基座(6)之間由彈簧(4)提供預緊力，通過改變彈簧(4)的長度來改變所施加預緊力的大小。當外界有待測加速度存在時，慣性質量塊(1)產生慣性力，各測力單元(2)將由慣性力產生的壓力變為電信號輸出，以此可反求得外界待測加速度的數值。本實用新型力學模型簡單，輸出量合成和分解算法簡便，線加速度和角加速度產生的應變量能夠較好匹配，靈敏度、各向同性好，結構緊湊，裝配方便，便于加工制造，同時測力單元(2)與慣性質量塊(1)、基座(6)的連接處用錐端球頭和部分球窩代替，摩擦力小。
文檔編號G01P15/18GK201780307SQ20102027160
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者丁冬生, 李金良, 栗寧, 王正偉, 王翔 申請人:燕山大學