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专利名称：一种振梁式角速率传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种角速率传感器，特别是指一种测量载体在惯性空间运动角速率的力学传感器，该传感器通过测量因振梁运动引起的电容内静电电荷变化计算出运动角速率。
根据上述目的设计了一种振梁式角速率传感器，在金属外壳内设置有敏感器件支架，敏感器件为安装在基座中的振梁及其控制电路，该振梁为矩形截面立方柱振梁，基座为与振梁相匹配的立方箱体，振梁安装在基座内；在振梁的表面上制作有熔石英电极片，在基座的内壁对应处也制作有熔石英电极片。其中，制作在振梁表面上的熔石英电极片位于立方柱型振梁的四个侧面上，大小及尺寸相互一致，共有四片；基座内壁上的熔石英电极片与振梁上的电极片相互对应，相对应的熔石英电极片构成一个电容，包括用于读出沿基座轴向转动时振梁运动信号的电容C2、用于驱动的电容C3、用于增大阻尼的电容C4、用于测量驱动运动反馈信号电容的C1，各电容均与控制电路连接，是控制电路的组成元件。
装配时的一种实施方式是，在基座内围绕振梁上的熔英电极片设置有一隧道型支架，熔石英电极片位于隧道型支架及基座的内壁上。振梁则借助支撑钢丝悬吊在基座内，支撑丝安装在振梁的基波节点处，熔石英电极片设置在基波节点之间。
在控制电路中，构成驱动电容C3的电极片分别与电源及电压扩张电路连接，加电时C3产生使振梁抖动的静电力，振梁的抖动使电容C1产生一反馈信号，该反馈信号进入测量电路得到VF信号；一路VF信号经整流电路，再经误差放大电路到增益放大电路，另一路VF信号经变频电路及移相电路后也进入增益放大电路，两路VF信号叠加后进入电压扩张电路再到C3，第三路VF信号经移相限幅放大器后向相敏调解电路输出解调信号。振梁的抖动导致构成读出电容C2的电极片上的静电电荷量即电容量值变化，该变化量的信号经读出电路后至比例放大器再进入相敏调解电路，经相敏调解电路解调后送到低通放大电路，得到传感器运动状态的输出信号Vout。另外，由变频电路输出的信号还有一路进入移相电路，并与比例放大电路的输出一起进入阻力调制电路产生调制后的信号Vr输送到阻尼电容C4。在这里所述的控制电路中各单元电路均为传统的成熟电路。
本实用新型除了保持采用压电换能器型振梁式传感器重量轻、体积小、使用寿命长、可靠性高、全固态化的特性外，还大幅度提高了稳定性能，比例系数在全温度范围内稳定性可达0.05％以上，零位漂移可小于0.006°/s/h，有关技术参数见表二。
从附图
2的电路框图可知本实用新型的工作过程。
首先，C3、C1构成的振梁驱动与反馈电路是一个闭环稳定抖动回路，并为其它电路提供了信号源。其中电压扩张驱动电路20在上电时会产生一电压突变VD并施加到电容C3的两极片5、9上，由此产生一个静电力使振梁开始抖动。振梁的抖动立即使电容C1产生一个反馈信号，经电容测量电路18得到VF信号。一路VF信号经整流电路22输出并与参考信号VR相比较得到一个差值电压ΔVF，再经误差放大电路23送到增益放大电路19；另一路VF信号经变频电路21后进入移相电路17处理后也被送到增益放大电路19，两路信号叠加后进入电压扩张电路并再被送到电容C3的两电极片，以维持振梁的稳定抖动。另外还有第三路VF信号经移相限幅放大器24后输出解调信号到低通放大电路28。同时，为了维持振梁稳定的抖动，还需要有一定的阻尼参数及辅助驱动，这些由阻尼电容C4提供，其工作过程为，由变频电路21输出的信号还进入了移相电路29，然后与比例放大电路的输出一起送到阻力调解电路30，然后调解电路将调制后的信号Vr送到电容C4的电极上。
由于振梁的抖动带动电极片运动，使电极片组成的电容的容值随抖动轨迹、抖动频率而发生变化。当本实用新型处于静止状态时，其信号输出是稳定值；当本实用新型随被测体运动时，电容容值的变化反应了被测体运动的状态。电容C2容值的变化经读出电路25、比例放大器26后送到相敏解调电路27，再经低通放大电路解调后就得到了被测体运动状态的输出信号Vout。
而专用电源31的作用是向电压扩张驱动电路和阻力调解电路提供参考电源，并向振梁上的电极片提供基准电源。
表一几种使用压电换能器的典型振梁式角速率传感器技术数据

表二本实用新型测试技术参数
权利要求1.一种振梁式角速率传感器，在金属外壳内设置有敏感器件支架，敏感器件为安装在基座(4)中的振梁(1)及其控制电路，其特征是振梁为矩形截面立方柱振梁，基座为与振梁相匹配的立方箱体，振梁安装在基座内；在所述振梁的表面上制作有熔石英电极片(5、6、7、8)，在基座的内壁对应处也制作有熔石英电极片(9、10、11、12)。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征是制作在振梁表面上的熔石英电极片位于立方柱型振梁的四个侧面上，大小及尺寸相互一致，共有四片；基座内壁上的熔石英电极片与振梁上的电极片相互对应，熔石英电极片(6、10)构成用于读出沿基座轴向转动时振梁运动信号的电容C2、电极片(5、9)构成用于驱动的电容C3、电极片(8、12)构成用于增大阻尼的电容C4、电极片(7、11)构成用于测量驱动运动反馈信号电容的C1，各电容与控制电路连接。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征是基座内围绕振梁上的熔英电极片设置有一隧道型支架，熔石英电极片位于隧道型支架及基座的内壁上。
4.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征是振梁借助支撑钢丝(2、3)悬吊在基座内，支撑丝安装在振梁的基波波节点(15、16)处，熔石英电极片设置在基波节点之间。
5.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征是电极片(5、9)构成的驱动电容C3与电源(31)及电压扩张电路(20)连接，加电时C3产生使振梁抖动的静电力，振梁的抖动使电容C1产生一反馈信号，该反馈信号进入测量电路(18)得到VF信号；一路VF信号经整流电路(22)，再经误差放大电路(23)到增益放大电路(19)，另一路VF信号经变频电路(21)及移相电路(17)后也进入增益放大电路，两路VF信号叠加后进入电压扩张电路再到C3，第三路VF信号经移相限幅放大器(24)后向相敏调解电路(27)输出解调信号。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征是振梁的抖动导致电极片(6、10)构成的读出电容C2的电容量值变化，该变化量的信号经读出电路(25)后至比例放大器(26)再进入相敏调解电路，经相敏调解电路解调后送到低通放大电路(28)，得到传感器运动状态的输出信号Vout。
7.根据权利要求5所述的传感器，其特征是由变频电路(21)输出的信号还有一路进入移相电路(29)，并与比例放大电路(26)的输出一起进入阻力调制电路(30)产生调制后的信号Vr输送到阻尼电容C4。
专利摘要一种通过振梁运动引起电容内静电电荷变化计算出运动角速率的振梁式角速率传感器，其敏感器件为用钢丝悬吊在基座中的振梁及其控制电路，在立方柱状振梁的表面有电极片，基座的内壁也有一一对应的电极片，构成了驱动电容C
文档编号G01P3/42GK2559987SQ0227098
公开日2003年7月9日 申请日期2002年6月6日 优先权日2002年6月6日
发明者王福殿, 吕良, 杨冠 申请人:惠州惠台仙通智能仪表有限公司