一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器

本发明涉及传感，具体是一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器。

背景技术：

1、六维加速度传感器是一种能够同时测量三个轴向线性加速度和三个轴向角速度的传感器。随着智能化和自动化技术的不断发展，对于多维运动信息的获取需求逐渐增加，六维加速度传感器因其全面的运动参数测量能力而备受关注。目前，研究人员根据传感器采用的不同结构、敏感及转换元件，设计出了不同类型的六维加速度传感器，然而这些六维加速度传感器存在一些共性的问题，比如解耦运算复杂、动态特性差、小型化与微型化困难等，严重阻碍了六维加速度传感器的实用化和商业化进程。为了克服这些不足，公告号为cn102520210a的专利，提出了《一种压电式六维加速度传感器》，采用单质量块及八压电晶片平面布局的一体式结构。具有维间耦合较小、无需解耦运算、动态特性好、易于微型化、制造成本低等优点。然而，由于该现有技术所用的石英晶片多达八片，且各晶片需要按照特定的角度进行安装，因此在制造难度和安装精度等方面存在不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，,包括基座、壳体、测力计、多个惯性质量块。

2、所述壳体罩装在基座上，从而封装位于基座上的测力计和惯性质量块。

3、所述惯性质量块中心与六维加速度传感器的工作三维直角坐标系的z轴共线。

4、所述测力计包括x0°切型石英晶片组、第一个y0°切型石英晶片组、第二个y0°切型石英晶片组。

5、所述x0°切型石英晶片组用于测量z向线加速度、x向角加速度、y向角加速度。

6、所述第一个y0°切型石英晶片组用于测量y向线加速度值。

7、所述第二个y0°切型石英晶片组用于测量x向线加速度值和z向角加速度值。

8、进一步，所述基座带有安装盘。

9、所述测力计通过螺栓固定安装在安装盘上。

10、进一步，所述安装盘为圆盘。

11、所述安装盘通过安装柱安装在基座上。

12、进一步，所述质量块为4个相同的圆柱形质量块。

13、进一步，所述x0°切型石英晶片组包括x0°切型石英晶片、x0°切型石英晶片电极片组、1号绝缘电极板以及x0°切型石英晶片组接地电极。

14、所述x0°切型石英晶片电极片组包括输出电极q1、输出电极q2、输出电极q3、输出电极q4，这些输出电极一端与1号绝缘电极板连接，防止电荷交叉干扰，另一端与x0°切型石英晶片连通，输出电荷。

15、所述x0°切型石英晶片组接地电极用于隔离各个石英晶片组，防止交叉干扰。

16、进一步，所述第一个y0°切型石英晶片组包括第一个y0°切型石英晶片、第一个y0°切型石英晶片电极片组、2号绝缘电极板以及第一个y0°切型石英晶片接地电极。

17、所述第一个y0°切型石英晶片电极片组包括输出电极q5、输出电极q6，这些输出电极一端与2号绝缘电极板连接，防止电荷交叉干扰，，另一端与第一个y0°切型石英晶片连通，输出电荷。

18、所述第一个y0°切型石英晶片接地电极用于隔离各个石英晶片组，防止交叉干扰。

19、进一步，第二个y0°切型石英晶片组包括第二个y0°切型石英晶片、第二个y0°切型石英晶片电极片组以及3号绝缘电极板。

20、所述第二个y0°切型石英晶片电极片组包括输出电极q7、输出电极q8，这些输出电极一端与3号绝缘电极板连接，防止电荷交叉干扰，，另一端与第二个y0°切型石英晶片连通，输出电荷。

21、进一步，所述第一个y0°切型石英晶片组的电极片组与第二个y0°切型石英晶片组的电极片组的电极位置互补。

22、进一步，所述壳体带有多个插座。

23、测力计中的输出电极q1、输出电极q2、输出电极q3、输出电极q4、输出电极q5、输出电极q6、输出电极q7、输出电极q8构成八个信号输出端，并分别通过信号引线与对应的插座连接。

24、进一步，三维线加速度、三维角加速度与各个信号输出端测得电荷信号的对应关系如下所示：

25、

26、式中，为x、y、z向线加速度值。为x、y、z向角加速度值。

27、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提供一种同样无维间耦合、制造成本低、动态特性好、利于小型化，结构简单、灵敏度和测量范围更高的压电式六维加速度传感器。本发明的质量块更加贴合对应电极，石英晶片的输出会更加灵敏。通过调节灵敏度，本发明测量范围线性度更高。本发明优化了压电式六维加速度传感器的结构，制作难度和制造成本更低。

技术特征：

1.一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：包括基座(1)、壳体(2)、所述测力计、多个惯性质量块(4)。

2.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述基座(1)带有安装盘(11)；

3.根据权利要求2所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述安装盘(11)为圆盘；

4.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述质量块为4个相同的圆柱形质量块。

5.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述x0°切型石英晶片组包括x0°切型石英晶片(71)、x0°切型石英晶片电极片组(72)、1号绝缘电极板(73)以及x0°切型石英晶片组接地电极(74)；

6.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述第一个y0°切型石英晶片组(8)包括第一个y0°切型石英晶片(81)、第一个y0°切型石英晶片电极片组(82)、2号绝缘电极板(83)以及第一个y0°切型石英晶片接地电极(84)；

7.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：第二个y0°切型石英晶片组(9)包括第二个y0°切型石英晶片(91)、第二个y0°切型石英晶片电极片组(92)以及3号绝缘电极板(93)。

8.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述第一个y0°切型石英晶片组(8)的电极片组(82)与第二个y0°切型石英晶片组(9)的电极片组(92)的电极位置互补。

9.根据权利要求1所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：所述壳体(2)带有多个插座(3)；

10.根据权利要求9所述的一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，其特征在于：三维线加速度、三维角加速度与各个信号输出端测得电荷信号的对应关系如下所示：

技术总结
本发明公开一种多层压电晶片组合式六维加速度传感器，包括基座(1)、壳体(2)、测力计、多个惯性质量块(4)；所述壳体(2)罩装在基座(1)上，从而封装位于基座(1)上的测力计和惯性质量块(4)；所述惯性质量块(4)中心与六维加速度传感器的工作三维直角坐标系的Z轴共线；所述测力计包括X0°切型石英晶片组(7)、第一个Y0°切型石英晶片组(8)、第二个Y0°切型石英晶片组(9)；所述X0°切型石英晶片组(7)用于测量Z向线加速度、X向角加速度、Y向角加速度；所述第一个Y0°切型石英晶片组(8)用于测量Y向线加速度值；所述第二个Y0°切型石英晶片组(9)用于测量X向线加速度值和Z向角加速度值。本发明的质量块更加贴合对应电极，石英晶片的输出会更加灵敏。通过调节灵敏度，本发明测量范围线性度更高。本发明优化了压电式六维加速度传感器的结构，制作难度和制造成本更低。

技术研发人员：刘俊,康海亮,陕宁,李敏,秦岚
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10