一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標定的振動臺的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械制造技術領域，特別涉及一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏 度標定的振動臺。
【背景技術】
[0002] 傳感器是一種將被測非電量轉換成與其呈對應關系電信號的裝置，它是信息獲取 的核心，在當前科學技術進步中發揮著重要作用。目前，隨著人類探知領域和空間的拓展， 人們更加依賴于獲取外界信息的采集技術，傳感器已經滲透到工業生產、國防建設、宇宙開 發、海洋探測、環境保護、資源勘察、醫學診斷、生物工程，甚至是文物保護等極其廣泛的領 域。壓電式加速度傳感器于上世紀40年代末、50年代初開始大規模生產，具有尺寸小、重量 輕、抗干擾能力強、環境特性好、安裝方便等優點，現在已經廣泛應用于航空、航天、兵器、船 舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測試、信號分析、振動校準、機械動態實驗等中，特別是在航空 和宇航領域中更是有它的特殊地位。壓電式加速度傳感器在自動化儀器設備中的使用越來 越廣泛，其正確使用對儀器、設備的性能起著決定性影響，因此，壓電式加速度傳感器必須 進行正確的標定。
[0003] 加速度傳感器橫向靈敏度的標定主要是依照國際標準IS016063-31。標定方法主 要包括單軸振動臺激振法，平面兩軸振動臺激振法和空間三軸振動臺激振法等。其中，單軸 振動臺激振法需要手動安裝測試，對傳感器的安裝位置要求較高，標定效率較低，使用受到 一定的限制，而兩軸振動臺可以實現自動化標定，標定效率和精度高。
[0004] 柔性鉸鏈是利用材料的變形使相互連接的剛體產生微小位移及轉動的一種柔性 單元。若干個柔性鉸鏈可以組成柔性鉸鏈機構，柔性鉸鏈機構被廣泛應用于工業與航空制 造、微操作、微電子制造、生物工程等領域。與傳統的剛性機構相比，柔性機構具有許多優 點：整體化設計和加工，可簡化結構、減小體積和質量、免于裝配;無間隙和摩擦，可實現高 精度運動;免于磨損，提高壽命;免于潤滑，避免污染;可增大結構剛度等。結合柔性鉸鏈機 構可以實現納米級運動分辨率的特點，可以將柔性鉸鏈機構作為平面兩軸振動臺，實現壓 電式加速度傳感器橫向靈敏度的自動化標定。作為兩軸振動臺的柔性鉸鏈機構需要具有較 高的工作頻率，以產生較大的振動加速度，增大傳感器的標定范圍，具有良好的解耦特性， 以便于進行兩軸平面合成運動的精確控制，具有較大的承載能力，以滿足更多壓電式加速 度傳感器的標定。柔性鉸鏈機構結構尺寸小，形狀復雜，加工精度高，需要采用合理的柔性 鉸鏈機構設計方法進行構型綜合，以兩軸振動臺的使用要求為優化目標，選用合理的優化 方法進行機構的運動綜合和優化設計。
[0005] 目前，兩軸振動臺主要采用基于幅值比和相位差的諧振梁裝置，諧振梁需要工作 在共振頻率附近，產生的加速度幅值穩定度和頻率穩定度都有待于提高，控制困難。因此， 結合柔性鉸鏈機構的特點，以滿足兩軸振動臺的性能要求為設計目標，研發設計一種面向 壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標定的振動臺具有重要的意義。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提出一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標定的振動臺，該 振動臺由平面二軸振動發生裝置上固定柔性鉸鏈機構構成;其中，在平面二軸振動發生裝 置的氣浮隔振臺1上固定柔性鉸鏈機構2;在對應于柔性鉸鏈機構2的右端和下端分別固定 第一輸入平臺聯接塊3和第二輸入平臺聯接塊4;第一輸入平臺聯接塊3通過其上的螺紋與 第一壓電陶瓷驅動器5連接，第二輸入平臺聯接塊4通過螺紋與第二壓電陶瓷驅動器6連接， 并保證第一壓電陶瓷驅動器5和第二壓電陶瓷驅動器6的導線接口豎直向上;第一壓電陶瓷 驅動器5的端部與第一軸端擋板7的中間凸臺接觸，第二壓電陶瓷驅動器6的端部與第二軸 端擋板8的中間凸臺接觸;第一軸端擋板7通過螺栓與柔性鉸鏈機構2的剛性聯接基體25右 端外側連接，第二軸端擋板8通過螺栓與柔性鉸鏈機構2的剛性聯接基體25下端外側連接， 在柔性鉸鏈機構2的中間部分的終端平臺20上固定終端平臺轉換塊9;終端平臺轉換塊9的 上表面固定傳感器螺紋接頭10;傳感器螺紋接頭10上連接被測壓電式加速度傳感器11，并 保證其敏感軸沿豎直方向；柔性鉸鏈機構2的左端和上端的剛性聯接基體25上表面分別與 第一安裝支座12和第二安裝支座13的部分下表面接觸;第一安裝支座12和第二安裝支座13 的其余部分下表面固定在氣浮隔振臺1上;第一安裝支座12和第二安裝支座13上表面分別 安裝有第一長度計14和第二長度計15;第一長度計14通過第一夾緊蓋板16和第一夾緊支座 17固定在第一安裝支座12上表面;第二長度計15通過第二夾緊蓋板18和第二夾緊支座19固 定在第二安裝支座13的上表面。
[0007] 所述柔性鉸鏈機構的結構是:在柔性鉸鏈中間部分設置，終端平臺20的右邊設置 第一輸入平臺21、終端平臺20的下邊設置第二輸入平臺22、終端平臺20的左邊設置第三輸 入平臺23、終端平臺20的上邊設置第四輸入平臺24、柔性鉸鏈機構2的四周為剛性聯接基體 25;其中第一輸入平臺21和剛性聯接基體25之間通過第一鉸鏈單元26和第二鉸鏈單元27連 接，第二輸入平臺22和剛性聯接基體25之間通過第三鉸鏈單元28和第四鉸鏈單元29連接， 第三輸入平臺23和剛性聯接基體25之間通過第五鉸鏈單元30和第六鉸鏈單元31連接，第四 輸入平臺24和剛性聯接基體25之間通過第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33連接;所述第一 輸入平臺21和終端平臺20之間通過第九鉸鏈單元34連接，第二輸入平臺22和終端平臺20之 間通過第十鉸鏈單元35聯接，第三輸入平臺23和終端平臺20之間通過第十一鉸鏈單元36聯 接，第四輸入平臺24和終端平臺20之間通過第十二鉸鏈單元37聯接；
[0008] 所述第一鉸鏈單元26、第二鉸鏈單元27、第三鉸鏈單元28、第四鉸鏈單元29、第五 鉸鏈單元30、第六鉸鏈單元31、第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33都由兩個平行分布的直 梁型柔性鉸鏈組成;并且尺寸略大于第九鉸鏈單元34、第十鉸鏈單元35、第十一鉸鏈單元36 和第十二鉸鏈單元37的兩個平行分布的直梁型柔性鉸鏈。
[0009] 本發明的有益效果為：
[001 0] 1.本發明所述的一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標定的振動臺，可以實 現高頻率、大幅值的圓周運動，從而產生幅值穩定度和頻率穩定度高的徑向振動加速度，因 此可以用來標定壓電式加速度傳感器的橫向靈敏度，標定效率高、成本低；
[0011] 2.本發明所述的平面二軸振動發生裝置，采用壓電陶瓷驅動器驅動，響應速度快， 終端平臺的位移信息通過長度計進行采集和反饋，控制方式簡單方便，產生的振動加速度 的軌跡跟蹤精度高；
[0012] 3.本發明所述的柔性鉸鏈機構，結構尺寸緊湊，采用一體式加工制造，具有較高的 固有頻率，較大的工作行程和良好的解耦特性。
[0013] 4.本發明所述的柔性鉸鏈機構，以直梁型鉸鏈為基礎，采用兩個直梁型柔性鉸鏈 的組合形式連接各部件進行構型，該組合形式可以有效的減小機構運動方向的剛度，同時 增加非運動方向的剛度。輸入平臺與終端平臺之間的鉸鏈單元尺寸比輸入平臺與剛性聯接 基體之間的鉸鏈單元尺寸小，且整體機構采用對稱形式分布，保證了機構的性能要求。終端 平臺聯接塊為中空結構，可以有效降低其質量，增加終端平臺的負載質量。
【附圖說明】
[0014]圖1為橫向靈敏度標定的振動臺結構示意圖。
[0015] 圖2為柔性鉸鏈機構示意圖。
[0016] 圖3為終端平臺轉換塊示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發明提出一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標定的振動臺，下面結合附 圖和具體的實施例對本發明做詳細的說明。該振動臺由柔性鉸鏈機構固定在平面二軸振動 發生裝置上構成。
[0018] 如圖1所示為橫向靈敏度標定的振動臺結構示意圖：在平面二軸振動發生裝置的 氣浮隔振臺1上固定柔性鉸鏈機構2;在對應于柔性鉸鏈機構2的右端和下端分別固定第一 輸入平臺聯接塊3和第二輸入平臺聯接塊4;第一輸入平臺聯接塊3通過其上的螺紋與第一 壓電陶瓷驅動器5連接，第二輸入平臺聯接塊4通過螺紋與第二壓電陶瓷驅動器6連接，并保 證第一壓電陶瓷驅動器5和第二壓電陶瓷驅動器6的導線接口豎直向上;第一壓電陶瓷驅動 器5的端部與第一軸端擋板7的中間凸臺接觸，第二壓電陶瓷驅動器6的端部與第二軸端擋 板8的中間凸臺接觸;第一軸端擋板7通過螺栓與柔性鉸鏈機構2的剛性聯接基體25右端外 側連接，第二軸端擋板8通過螺栓與柔性鉸鏈機構2的剛性聯接基體25下端外側連接，在柔 性鉸鏈機構2的中間部分的終端平臺20上固定終端平臺轉換塊9;終端平臺轉換塊9的上表 面固定傳感器螺紋接頭10;傳感器螺紋接頭10上連接被測壓電式加速度傳感器11，并保證 其敏感軸沿豎直方向；柔性鉸鏈機構2的左端和上端的剛性聯接基體25上表面分別與第一 安裝支座12和第二安裝支座13的部分下表面接觸;第一安裝支座12和第二安裝支座13的其 余部分下表面固定在氣浮隔振臺1上;第一安裝支座12和第二安裝支座13上表面分別安裝 有第一長度計14和第二長度計15;第一長度計14通過第一夾緊蓋板16和第一夾緊支座17固 定在第一安裝支座12上表面;第二長度計15通過第二夾緊蓋板18和第二夾緊支座19固定在 第二安裝支座13的上表面。
[0019] 如圖2所示的柔性鉸鏈機構的結構是:在柔性鉸鏈中間部分設置，終端平臺20的右 邊設置第一輸入平臺21、終端平臺20的下邊設置第二輸入平臺22、終端平臺20的左邊設置 第三輸入平臺23、終端平臺20的上邊設置第四輸入平臺24、柔性鉸鏈機構2的四周為剛性聯 接基體25;其中第一輸入平臺21和剛性聯接基體25之間通過第一鉸鏈單元26和第二鉸鏈單 元27連接，第二輸入平臺22和剛性聯接基體25之間通過第三鉸鏈單元28和第四鉸鏈單元29 連接，第三輸入平臺23和剛性聯接基體25之間通過第五鉸鏈單元30和第六鉸鏈單元31連 接，第四輸入平臺24和剛性聯接基體25之間通過第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33連接； 所述第一輸入平臺21和終端平臺20之間通過第九鉸鏈單元34連接，第二輸入平臺22和終端 平臺20之間通過第十鉸鏈單元35聯接，第三輸入平臺23和終端平臺20之間通過第十一鉸鏈 單元36聯接，第四輸入平臺24和終端平臺20之間通過第十二鉸鏈單元37聯接；
[0020] 所述第一鉸鏈單元26、第二鉸鏈單元27、第三鉸鏈單元28、第四鉸鏈單元29、第五 鉸鏈單元30、第六鉸鏈單元31、第七鉸鏈單元3