专利名称：杆-梁结构六维加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加速度传感器设计制造领域，特别涉及一种测量空间三维线加速 度和三维角加速度的杆-梁结构六维加速度传感器。
背景技术：
加速度传感器按测量坐标系来分，可分为惯性式和相对式两大类，按测量的维数 可分为单维和多维加速度传感器，惯性式加速度传感器通过测量质量块所受的惯性力来间 接检测加速度，其一般是由弹性体，应变片(或其他元件)和转换电路组成，当存在加速度 时，弹性体受到惯性质量块惯性力的作用而发生变形，通过应变片或其它检测元件和转换 电路得到相应的线加速度或角加速度。目前国内外三维(轴)线加速度传感器较多，三维 (轴)角加速度传感器研究较少；能同时实现三维线加速度与三维角加速度测量的六维加 速度传感器更少。主要是由于六维加速度传感器弹性体结构复杂，缺乏成熟的设计理论，因 此开发的技术难点在于找到易于设计制造的弹性体结构，同时使线加速度和角加速度在同 一传感器上得以匹配。目前虽然有一些关于六维加速度传感器的报道，但都有这样或那样 的缺点，不易实现，比如双十字梁结构，存在各向同性差，设计制造难度大等不足。
发明内容
为了克服现有六维加速度传感器各向同性差、设计制造难度大等不足，同时为了 使线加速度和角加速度的测量在同一传感器中得到较好匹配，本发明提供一种杆-梁结构 六维加速度传感器，该传感器以杆、梁圆周对称布置，和惯性质量块组合成自由度为0的加 速度传感器，并以各个支杆理论力输出为评价指标进行设计，本发明在能够测量三维线加 速度和三维角加速度的基础上能够使其得到更好的匹配，能达到较好的各向同性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是立柱安装在底座上，呈圆周对称布 置，悬臂梁安装在立柱上，在悬臂梁和惯性质量块之间由六个支杆支撑，同时在惯性质量块 和底座之间由弹簧提供预紧力，通过改变弹簧的长度来改变所施加预紧力的大小。悬臂梁 上下两侧贴应变片，以此将由于惯性力产生的变形所得到的应变转换为输出信号。本发明的优点本发明力学模型简单，输出量合成和分解算法简便，线加速度和角 加速度产生的应变量能够较好匹配，灵敏度、各向同性好，结构紧凑，装配方便，便于加工制 造，。同时支杆与悬臂梁、惯性质量块的连接处用锥端球头和部分球窝代替，摩擦力小。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1杆-梁结构六维加速度传感器上部零部件结构示意图；图2杆-梁结构六维加速度传感器下部零部件结构示意图；图3部分零件装配的爆炸图。在图1、图2、图3中，1.惯性质量块，2.支杆，3.悬臂梁，4.立柱，5.上钩环，6.拉
3伸弹簧，7.下钩环，8.螺钉，9.上钩环锁紧螺母，10.下钩环锁紧螺母，11.内六角螺钉， 12.基座。
具体实施例方式图1是本发明公开的一个实施例，在基座12上开有三组定位台，呈圆周对称布置， 每组定位台分为左定位台12-1和右定位台12-2，定位台需满足一定的空间几何关系，其上 有三个定位面，分别为A、B、C定位面。相应地，立柱也分为三组，每组分为左立柱4-1和右 立柱4-2，立柱4上的相应的定位面与基座12上的定位面配合，实现立柱4的定位，同时用 内六角螺钉11和螺钉8实现立柱的装配。悬臂梁3通过相应的定位面实现在立柱4上的 定位，并通过螺钉8固定。惯性质量块1下端有6个部分球窝，球窝的球心在惯性质量块1 的球面上并满足一定关系，支杆2支撑在悬臂梁3和惯性质量块1之间，支杆2与惯性质量 块1的连接由支杆2的锥端球头和惯性质量块1上的球窝保证，支杆2与悬臂梁3之间的 连接靠支杆2的锥端球头和悬臂梁3上的半球窝保证，球窝的球心通过悬臂梁3的中心线。 在惯性质量块1和基座12之间用拉伸弹簧6施加预紧力，上钩环5通过螺纹联接固定在惯 性质量块1上，并用锁紧螺母9锁死，下钩环7与基座12用螺纹联接，并用锁紧螺母10锁 死，通过改变下钩环7的位置来调节拉伸弹簧6的预紧力。当有待测加速度输入时，惯性质 量块1产生惯性力，通过三组支杆2施加在悬臂梁3上，悬臂梁3产生弯曲变形，贴在其上 的电阻应变片将变形变为电信号输出，通过解耦计算，即可得到待测加速度的大小和方向。所发明的杆_梁结构六维加速度传感器可直接应用于多维加速度测试系统上，也 可用于机器人、军事、卫星导航系统、汽车、控制、仪器仪表、地震检测等领域，应用前景非常 广阔。
权利要求
一种杆 梁结构六维加速度传感器，包括惯性质量块(1)、支杆(2)、悬臂梁(3)、立柱(4)、上钩环(5)、拉伸弹簧(6)、下钩环(7)、螺钉(8)、上钩环锁紧螺母(9)、下钩环锁紧螺母(10)、内六角螺钉(11)、基座(12)，其特征是基座(12)上开有三组定位台，呈圆周对称布置，每组定位台分为左定位台(12 1)和右定位台(12 2)，其上有三个定位面，分别为A、B、C定位面，相应地，立柱也分为三组，每组分为左立柱(4 1)和右立柱(4 2)，立柱(4)上的相应的定位面与基座(12)上的定位面配合，实现立柱(4)的定位，同时用内六角螺钉(11)和螺钉(8)实现立柱的装配，悬臂梁(3)通过相应的定位面实现在立柱(4)上的定位，并通过螺钉(8)锁紧，惯性质量块(1)下端有6个部分球窝，球窝的球心在惯性质量块(1)的球面上并满足一定关系，支杆(2)支撑在悬臂梁(3)和惯性质量块(1)之间，支杆(2)与惯性质量块(1)的连接由支杆(2)的锥端球头和惯性质量块(1)上的球窝保证，支杆(2)与悬臂梁(3)之间的连接靠支杆(2)的锥端球头和悬臂梁(3)上的半球窝保证，悬臂梁(3)球窝的球心通过悬臂梁(3)的中心线，在惯性质量块(1)和基座(12)之间用拉伸弹簧(6)施加预紧力，上钩环(5)通过螺纹联接固定在惯性质量块(1)上，并用锁紧螺母(9)锁死，下钩环(7)与基座(12)用螺纹联接，并用锁紧螺母(10)锁死，通过改变下钩环(7)的位置来调节拉伸弹簧(6)的预紧力。
2.根据权利要求1所述的杆-梁结构六维加速度传感器，其特征是惯性质量块(1)上 的球窝球心在惯性质量块(1)的外表面上，且六个球心处于同一水平面，与惯性质量块(1) 球心水平面之间有一特定距离，并且球窝之间满足特定的几何关系。
3.根据权利要求1所述的杆-梁结构六维加速度传感器，其特征是基座(12)上开有三 组定位台，呈圆周对称布置，每组定位台分为左定位台(12-1)和右定位台(12-2)，定位台 需满足一定的空间几何关系，各个定位面有特定的空间位置要求，立柱(4)与基座(12)的 定位靠三个定位面来保证，并且用螺钉固定。
4.根据权利要求1所述的杆-梁结构六维加速度传感器，其特征是立柱(4)是悬臂梁 (3)与基座(12)的连接体，其定位面应保证悬臂梁(3)的轴线为水平，并且与支杆的轴线 (2)垂直。
5.根据权利要求1所述的杆-梁结构六维加速度传感器，其特征是预紧力由拉伸弹簧 (6)来保证，并且预应力的大小由下钩环(7)来调节，下钩环(7)通过螺纹与基座(12)连 接，并且在达到预应力的条件下，由锁紧螺母(10)锁紧，保证预应力值的恒定。
全文摘要
本发明公开一种杆-梁结构六维加速度传感器，其特征是立柱安装在基座上，呈圆周对称布置，悬臂梁安装在立柱上，在悬臂梁和惯性质量块之间由六个支杆支撑，同时在惯性质量块和基座之间由弹簧提供预紧力，通过改变弹簧的长度来改变所施加预紧力的大小。悬臂梁上下两侧贴应变片，以此将由于惯性力产生的变形所得到得应变转换为输出信号。本发明力学模型简单，输出量合成和分解算法简便，线加速度和角加速度产生的应变量能够较好匹配，灵敏度、各向同性好，结构紧凑，装配方便，便于加工制造，同时支杆与悬臂梁、惯性质量块的连接处用锥端球头和部分球窝代替，摩擦力小。
文档编号G01P15/18GK101937008SQ201010236989
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者李金良, 栗宁, 王正伟, 王翔 申请人:燕山大学
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