[实用新型]差分式力平衡加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型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。 

背景技术

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。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，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。 

本实用新型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(OP177_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(OP177_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匀磁场。 

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1和下极板3为圆环形电路板，其中上极板1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1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1的上表面通过胶水紧贴一个铝圆环安装，并且上极板1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。