专利名称：测力单元组合式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测力单元组合式六维加速度传感器。
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，本发明提供一种测力单元组 合式六维加速度传感器，该传感器以测力单元圆周对称布置，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，并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六个测力单元分为三组，呈圆周对称 布置，支撑在惯性质量块和基座之间，同时在惯性质量块和基座之间由拉伸弹簧提供预紧 力，通过改变拉伸弹簧的长度来改变所施加预紧力的大小。当外界有待测加速度存在时，惯 性质量块产生惯性力，各测力单元将由惯性力产生的压力变为电信号输出，以此可反求得 外界待测加速度的数值。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，同时测力单元与惯性质量块、基座的连接处用锥端球头和部分球窝代替，摩擦力小。
以下结合附图对本发明进一步说明。
图1是测力单元组合式六维加速度传感器上部零部件结构示意图；图2是测力单元组合式六维加速度传感器下部零部件结构示意图；[0009]图3为测力单元结构示意图。在图1、图2、图3中，1.惯性质量块，2.测力单元，3.上钩环，4.拉伸弹簧，5.下钩 环，6.基座，7.上钩环锁紧螺母，8.压入式螺纹衬套，9.下钩环锁紧螺母。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，6个测力单元2分为三组，呈圆周对称布置，支 撑在惯性质量块ι和基座6之间，它由一端为螺纹一端为锥端球头的支杆2-1和压力传感 器2-2组成，测力单元2与基座6之间的连接靠支杆2-1的锥端球头和基座6上的半球窝 保证，半球窝的球心在同一水平面上，并且在基座6的表面上，球心位置满足一定的几何关 系。测力单元2与惯性质量块1的连接靠支杆2-1的锥端球头和惯性质量块1上的半球窝 保证，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的球面上并且在同一 水平面上，球心位置满足特定的几何关系。在惯性质量块1和基座6之间用拉伸弹簧4施 加预紧力，上钩环3通过螺纹联接固定在惯性质量块1上，并用锁紧螺母7锁死，下钩环5 与压入式螺纹衬套8用螺纹联接，通过改变下钩环5的位置来调节拉伸弹簧5的预紧力，在 得到所要求的预紧力后，用锁紧螺母9锁死，。当有待测加速度输入时，惯性质量块1产生 惯性力，测力单元2产生相应的压力，压力传感器2-2输出电信号，通过解耦计算，即可得到 待测加速度的大小和方向。所发明的测力单元组合式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1.一种测力单元组合式六维加速度传感器，包括惯性质量块(1)，测力单元(2)，上钩 环(3)，拉伸弹簧(4)，下钩环(5)，基座(6)，上钩环锁紧螺母(7)，压入式螺纹衬套(8)，下 钩环锁紧螺母(9)，其特征是6个测力单元2分为三组，呈圆周对称布置，支撑在惯性质量 块(1)和基座(6)之间，测力单元(2)与基座(6)之间的连接靠支杆(2-1)的锥端球头和基 座(6)上的半球窝保证，测力单元(2)与惯性质量块1的连接靠支杆(2-1)的锥端球头和 惯性质量块(1)上的部分球窝保证，在惯性质量块(1)和基座(6)之间用拉伸弹簧(4)施 加预紧力，上钩环(3)通过螺纹联接固定在惯性质量块(1)上，并用锁紧螺母(7)锁死，下 钩环(5)与压入式螺纹衬套(8)用螺纹联接，通过改变下钩环(5)的位置来调节拉伸弹簧 (5)的预紧力，在得到所要求的预紧力后，用锁紧螺母(9)锁死，当有待测加速度输入时，惯 性质量块⑴产生惯性力，测力单元⑵产生相应的压力，压力传感器(2-2)输出电信号， 通过解耦计算，即可得到待测加速度的大小和方向。
2.根据权利要求1所述的测力单元组合式六维加速度传感器，其特征是惯性质量块 ⑴上的球窝球心在惯性质量块⑴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所述的测力单元组合式六维加速度传感器，其特征是在基座(6) 的内上表面上开有三组半球窝，半球窝的球心在同一水平面上，并且在基座(6)的内上表 面上，球心位置满足特定的空间关系。
4.根据权利要求1所述的测力单元组合式六维加速度传感器，其特征是测力单元(2) 为装配结构，它由一端为螺纹一端为锥端球头的支杆(2-1)和压力传感器(2-2)组成，支杆 2-1和压力传感器(2-2)通过螺纹联接装配，并且，其中心线在一条直线上。
5.根据权利要求1所述的测力单元组合式六维加速度传感器，其特征是预紧力由拉 伸弹簧4来保证，并且预应力的大小由压入式螺纹衬套(8)来调节，在达到预应力的条件 下，由锁紧螺母(9)锁紧，保证预应力值的恒定。
专利摘要本实用新型公开一种测力单元组合式六维加速度传感器，其特征是六个测力单元(2)分为三组，呈圆周对称布置，支撑在惯性质量块(1)和基座(6)之间，同时在惯性质量块(1)和基座(6)之间由弹簧(4)提供预紧力，通过改变弹簧(4)的长度来改变所施加预紧力的大小。当外界有待测加速度存在时，惯性质量块(1)产生惯性力，各测力单元(2)将由惯性力产生的压力变为电信号输出，以此可反求得外界待测加速度的数值。本实用新型力学模型简单，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，同时测力单元(2)与惯性质量块(1)、基座(6)的连接处用锥端球头和部分球窝代替，摩擦力小。
文档编号G01P15/18GK201780307SQ20102027160
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者丁冬生, 李金良, 栗宁, 王正伟, 王翔 申请人:燕山大学