[发明专利]一种零位自补偿的线性加速度计

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种零位自补偿的线性加速度计。

背景技术

加速度计是惯性导航、惯性制导、飞行自动控制系统中最核心的敏感元件之一，用来测量沿其输入轴作用的常值和低频加速度a_i，无论在航天航空，还是在其它技术领域都得到了广泛应用。惯性级加速度计常为闭环摆式结构形式，其主要由信号传感器、力矩器、再平衡电路组成。当前高精度加速度计的信号传感器一般采用电容式，例如，应用在战术与战略导弹上的美国QA3000加速度计传感器就为电容式。现有高精度加速度计的组成及原理见图1。在该图中电容器C₁、C₂的差动电容大小(pF级)及稳定性直接决定了加速度计零位的大小及零位的长期稳定性性能。

近年来随着应用领域的发展，对加速度计零位的大小及零位的长期稳定性性能的要求在不断提高。依照其应用对象和使用环境，加速度计零位的大小大体要求在10^-3g～10^-5g范围；零位的长期稳定性性能10^-5g～10^-6g。

从现有高精度加速度计的组成及原理图1可以看出，由于电容信号传感器中决定电容量大小的动板和定板采用机械连接或胶粘工艺，随着时间的推移或温度的变化，动板、定板会发生变形，机械连接部分也会变化或胶粘变形，使传感器的电容量发生变化，使加速度计零位的大小及零位的长期稳定性性能发生变化。

为了满足加速度计的零位大小要求及提高零位的长期稳定性性能，从国内外的信息可以得出，一方面用户应用加速度计时，需定期对加速度计及用户系统反复重新进行标定，可靠性差且成本高；另一方面研制新型加速度计，包括：改进磁路(采用高磁稀土永磁材料以及改善温度稳定性等)、选用新型信号传感器、改进挠性铰链、优化电子线路和增加温度补偿等方面，采用此种方式生产的加速度计，其原理复杂、成本高、体积大、可靠性差。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供了原理简单、实施方便、成本低、可靠性高的一种零位自补偿的线性加速度计。

本发明的技术解决方案是：装置包括电容定板、电容动板、电容检测极板、第一电容拾取电路、第二电容拾取电路、补偿电路、校正驱动电路、力矩器、固定柱、壳体；电容定板位于电容动板和电容检测极板的中间位置，电容定板两工作面均有对称的电极板13，电容定板上的电极板分别与电容动板和电容检测极板上的电极板构成四个电容器；电容检测极板及其上面电极板的材料、形状、尺寸大小与电容动板完全相同，并且结构完全对称；第一电容拾取电路拾取电容动板和电容定板所构成电容C₁、C₂的电压值，第一电容拾取电路输出端与补偿电路的正输入端相连，第二电容拾取电路拾取电容定板和电容检测极板所构成电容C₃、C₄的电压值，第二电容拾取电路输出端与补偿电路的负输入端相连接；补偿电路的输出信号U₃接入校正驱动电路的输入端，校正驱动电路输出端与力矩器中的力矩线圈输入端连接，力矩线圈输出端通过采样电阻R_L与信号地连接，电容定板、电容动板、电容检测极板通过机械紧固件或胶连接在固定柱上。

所述的第一电容拾取电路由振荡器AZ、检测电桥R₁、R₂、C₁、C₂、电压放大器A₁组成，将C₁、C₂电容的变化量转换为与C₁、C₂电容差成正比例的电压信号U₁；第二电容拾取电路由振荡器AZ、检测电桥Rp₁、Rp₂、C₃、C₄、电压放大器A₂组成，将C₃、C₄电容的变化量转换为与C₃、C₄电容差成正比例的电压信号U₂。