[发明专利]一种单轴差分谐振梁表头模组及加速度计

说明书

本发明涉及一种单轴差分谐振梁表头模组及加速度计，包括真空密封件和两个TO部件；真空密封件包括一两端开口的密封腔体；两个TO部件对称封装于密封腔体的两端；每一TO部件包括TO底座、谐振梁芯片、ASIC混合集成电路、吸气剂组件、吸气剂挡板、陶瓷柱和插针；该表头模组采用两个对称封装于密封腔体的两端的TO部件，形成差分模式结构，环境适应性好，全温范围内精度高；加速度计由四组独立的表头模组，通过冗余配置布局集成，相比安装三轴独立的加速度计，该方案质量和体积小，结构紧凑、精度和可靠性更高。

技术领域

本发明涉及石英谐振梁加速度计技术领域，具体涉及一种单轴差分谐振梁表头模组及加速度计。

背景技术

石英谐振梁加速度计是一种利用谐振式测量原理，将被测加速度转换成石英谐振梁固有频率变化的传感器，因其具有大量程、高精度、小体积、低功耗、数字输出等优势，可广泛用于导弹姿态控制、惯性导航，地球资源勘探等领域，有着重要的军用价值和民用价值。

目前，石英谐振梁加速度计的核心敏感元件是谐振梁芯片，其工作原理是：基于单晶石英的逆压电效应，谐振梁工作在谐振状态，利用谐振梁芯片的微杠杆结构将作用在芯片质量块上的惯性力转换为谐振梁的轴向力，谐振梁轴向力的变化引起其谐振频率发生变化，通过检测谐振频率变化值，以此来感测外界惯性力。谐振梁芯片必须工作在真空环境下，采用真空密封件气密封装后，工作在开环状态，工作时环境温度对零偏影响较大。而且其配合的振荡电路一般装配在真空密封件之外，也会受环境影响产生较大的相位漂移。另外，真空密封件在长期工作中会释放杂气，腔内真空环境的变化引起谐振梁芯片工作特性改变。

此外，随着惯性应用技术的发展，单轴的加速度计已经不能满足性能、功能的需求，需要研制三轴加速度计。传统的惯性导航单元通常采用将3个独立单轴加速度计正交地装配在一起的方案，该方案对惯导系统整体设计提出了较高的要求，具有装配复杂、体积和质量大、成本高和可靠性低等缺点，因此，急需要发展一种具有冗余特征的更高可靠性的高精度集成三轴谐振梁加速度计。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种单轴差分谐振梁表头模组，以解决现有技术中谐振梁加速度计可靠性低，环境适应性低的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种单轴差分谐振梁表头模组，包括真空密封件和两个TO部件；

所述真空密封件包括一两端开口的密封腔体；

两个所述TO部件对称封装于所述密封腔体的两端；每一所述TO部件包括TO底座、谐振梁芯片、ASIC混合集成电路、吸气剂组件、吸气剂挡板、陶瓷柱和插针；所述TO底座上形成有一端开口的容置腔，所述插针连接于所述TO底座上并伸入所述容置腔，所述陶瓷柱安装于所述插针外侧以保证插针和所述TO底座的绝缘，所述ASIC混合集成电路安装于所述陶瓷柱的端面，所述谐振梁芯片连接于插针的端部，且所述ASIC混合集成电路位于所述谐振梁芯片和所述容置腔的底面之间，所述吸气剂组件安装于所述TO底座且固定连接于所述ASIC混合集成电路远离所述谐振梁芯片的一侧，所述吸气剂挡板安装于所述TO底座的容置腔开口处，所述吸气剂组件和所述ASIC混合集成电路分别位于所述吸气剂挡板的两侧；两个所述TO部件具有谐振梁芯片的一端相对设置。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

该表头模组采用两个对称封装于密封腔体的两端的TO部件，形成差分模式结构，可消除共模噪声，降低偏值温度系数和二阶非线性系数，环境适应性好，全温范围内精度高；另外，该表头模组内置吸气剂组件，避免表头模组的密封腔体内杂气释放引起的真空度变化，保证谐振梁芯片和ASIC混合集成电路获得稳定工作环境，增强了表头模组的可靠性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。