[发明专利]一种石墨烯加速度计

说明书

本发明涉及一种加速度计，具体涉及一种石墨烯加速度计。本发明的目的是解决现有加速度计采用石英摆片存在精度差、加工难度大、镀膜工艺复杂、稳定性差和可靠性差的技术问题。该石墨烯加速度计，改变了传感器和地的结构方位，将摆片作为地，上轭铁C形抛光面作为传感器正端、下轭铁C型抛光面作为传感器负端，使得传感器正端和负端可以直接从外围引出，简化了电气结构，同时缩短电气传输路径，提高电气信号(差动电容)的实时性和可靠性，提高的稳定性。采用的石墨烯材料具有良好的电气特性和物理特性，使得石墨烯加速度计具有良好的环境适应性，不再需要单独加工挠性梁，可一体加工，且摆梁的厚度不需要很薄，简化摆片结构，改善了工艺性。

技术领域

本发明涉及一种加速度计，具体涉及一种石墨烯加速度计。

背景技术

现有加速度计中的石英加速度计是利用牛顿第二定律(惯性定律)测量加速度的惯性导航器件，被广泛应用于飞船等系统，是导航系统的核心部件之一，它是利用差动电容的原理检测加速度的一种加速度计。具体检测过程为：加速度计通过检测质量来敏感输入加速度，当加速度计的输入轴方向存在加速度载荷时，检测质量在惯性力作用下偏离平衡位置，绕挠性枢轴做偏摆运动。加速度计的上轭铁、下轭铁与摆片构成的差动电容传感器输出差动电容，上轭铁和下轭铁的差动电容通过无磁漆包线连接伺服电路的差动电容检测器转换为一定量电流，再经过积分放大后成为平衡电流输出给力矩器线圈(即粘接在摆片正、反两面的动圈组件)，平衡电流流经线圈时产生的电磁力形成与惯性力矩数值相等、方向相反的平衡力矩，平衡电流和加速度呈正比例关系。

现有的石英加速度计由上力矩器、下力矩器和石英材质的摆片01构成，其敏感部件如图1所示，由上力矩器的上轭铁02下端面(地)、摆片01正面(电容极板正)、摆片01反面(电容极板负)、下力矩器的下轭铁03上端面(地)组成。上轭铁02下端面(地)与摆片01正面(电容极板正)构成C₁，下轭铁03上端面(地)与摆片01反面(电容极板反)构成C₂。摆片01的正、反两面均粘接有动圈组件，形成敏感质量的摆片01，敏感质量的摆片01随加速度发生变化，摆片01与上轭铁02、下轭铁03的间隙发生变化，导致电容差发生变化(ΔC＝C₁-C₂)，通过伺服电路将电容信号转换为电流，通过电流的大小反映加速度的大小。

如图2所示，现有石英加速度计的地由上轭铁02、下轭铁03的断面抛光形成C型抛光面a，如图3所示，传感器正端与传感器负端通过分别在摆片01正、反面镀C型金属膜05形成，上轭铁02和下轭铁03的镜面(C型抛光面a)以及摆片01正、反面镀C型金属膜05部分构成差动电容。摆片01包括中心片011，以及与中心片011同心设置的外环片012，中心片011中心设有空气阻尼调整孔，中心片011与外环片012通过两处挠性梁013连接，挠性梁013很薄，厚度只有0.02mm左右，以保证摆片01随加速度方向自由摆动。由上轭铁02引出五个接线柱，分别是力矩器高端接线柱、力矩器低端接线柱、传感器正端接线柱、传感器负端接线柱，以及地线接线柱，其中地线接线柱和上轭铁02焊接在一起，另外四个接线柱通过金属丝分别与摆片01对应位置的镀C型金属膜05区域，以及动圈组件04电连接。如图4所示，摆片01正、反面粘接的动圈组件04为漆包线绕动圈骨架041形成的线圈042，动圈骨架041上设有焊接窗口043。如图5、图6及图7所示，上动圈组件从其动圈骨架041的焊接窗口043引出无磁漆包线A和无磁漆包线A’分别焊接在摆片01正面的两个互不连接的金属膜区域上，下动圈组件从其动圈骨架041的焊接窗口043引出无磁漆包线B和无磁漆包线B’分别焊接在摆片01反面的两个互不连接的金属膜区域上，无磁漆包线A’和无磁漆包线B’所接摆片01正、反面的金属膜区域通过在摆片01侧面镀金属膜导通，实现无磁漆包线A’和无磁漆包线B’的连接。

现有石英加速度计主要存在如下问题：

1、摆片01为石英玻璃，加工制造工艺复杂，合格率低，特别是挠性梁013容易崩边，摆片01的弹性恢复力较大，造成干扰力矩很大，影响加速度计的精度；