一种基于电晕放电原理的高冲击加速度检测方法及传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种高冲击加速度检测方法以及加速度传 感器。
【背景技术】
[0002] 加速度传感器广泛应用于工业、国防、民用等领域。加速度传感器种类繁多，按照 传感原理不同，主要有电容式、电感式、压阻式、压电式、隧道效应式和热对流式等。针对大 冲击、高过载等特殊应用场合的高冲击加速度传感器则主要有压阻式、压电式、电容式和热 对流式。非专利文献1 [李科杰，何岣，张振海等，高冲击加速度传感器发展现状及趋势，探 测与控制学报，2013, 35 (4)，6-10]对各类高冲击加速度传感器进行了综述。其中，国内外已 经产品化的主要是压阻式、热对流式和电容式高冲击加速度传感器，如美国ENDEVCO公司 生产的7270A系列压阻加速度传感器，量程可达20万g;MEMSIC公司生产的MXA、MXD等系 列热对流加速度传感器，最高过载可达5万g。
[0003] 压阻式高冲击加速度传感器具有可随微梁移动的固体质量块，结构相对复杂，且 受温度影响较大。电容式高冲击加速度传感器线性度差，信号处理电路复杂，易受寄生电容 影响。热对流式高冲击加速度传感器不存在固体检测质量块，而是以虚拟的"热气团"作为 "质量块"，环境适应性和抗冲击能力更强。但该类型加速度传感器必须集成加热器和温度 传感器，结构相对复杂，检测电路相对复杂。
【发明内容】
[0004]为克服已有技术的不足之处，本发明提出一种采用电晕放电原理的高冲击加速度 检测方法，具有成本低、抗冲击能力高、信号检测简单的特点。
[0005] 本发明通过以下技术方案实现：
[0006] 一种基于电晕放电原理的高冲击加速度传感器，所述加速度传感器为单轴高冲击 加速度传感器，所述传感器包括直流电压源#1、直流电压源#2、限流电阻#1、限流电阻#2、 针尖电极#1、针尖电极#2、电极支撑体#1、电极支撑体#2、平板电极#1、平板电极#2、密封 腔体、采样电阻#1、采样电阻#2以及信号检测电路；其中，所述直流电压源、限流电阻、针尖 电极、电极支撑体、平板电极、采样电阻构成电晕放电结构；所述电极支撑体为非导电体，与 密封腔体连接，保证气密封，构成一个密封腔；平板电极#1和平板电极#2位于密封腔内，所 述平板电极都具有孔隙，气体可以自由穿过；所述平板电极与电极支撑体连接；所述针尖 电极穿通电极支撑体并保证气密封；所述平板电极通过导线并穿过电极支撑体引出后与采 样电阻连接；所述限流电阻用于限制针-板电极之间的气隙意外完全击穿时的电流大小； 所述信号检测电路分别连接采样电阻#1、采样电阻#2,对两路电晕放电结构的特里切尔脉 冲信号进行检测，进而测量出加速度值。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述信号检测电路包括运算放大电路#1、运算放大电 路#2、整形电路#1、整形电路#2和频率测量电路；所述信号检测电路将两路特里切尔脉冲 信号分别经过运算放大电路#1和运算放大电路#2进行适当放大，然后再经过整形电路#1 和整形电路#2整形为方波信号，最后经过频率测量电路计算出两路特里切尔脉冲频率之 差AF，进而检测出加速度a的大小。
[0008]另一方面，本发明提供了一种基于电晕放电原理的高冲击加速度传感器，所述传 感器为三轴高冲击加速度传感器，在一个六面体密封腔体内，每个面分别设计一套相同的 电晕放电结构，所述电晕放电结构由直流电压源、限流电阻、针尖电极、电极支撑体、平板电 极、采样电阻构成；所述电极支撑体为非导电体，与六面体密封腔体连接，保证气密封，构 成一个密封腔；所述平板电极都位于密封腔内，所述平板电极都具有孔隙，气体可以自由 穿过；所述平板电极与电极支撑体连接；所述针尖电极穿通电极支撑体并保证气密封；所 述平板电极通过导线并穿过电极支撑体引出后与采样电阻连接；所述限流电阻用于限制 针-板电极之间的气隙意外完全击穿时的电流大小；所述信号检测电路分别连接各个面的 采样电阻，对六个面的电晕放电结构的特里切尔脉冲信号进行检测，进而测量出三轴方向 上的加速度值。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述信号检测电路包括运算放大电路、整形电路和频 率测量电路；所述信号检测电路分别将X轴、Y轴和Z轴的两路特里切尔脉冲信号分别经过 运算放大电路进行适当放大，然后再经过整形电路整形为方波信号，最后经过频率测量电 路计算出该轴上的两路特里切尔脉冲频率之差AF，进而检测出该轴上的加速度a的大小。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述密封腔空间填充气体介质，所述气体介质为包含 负电性气体。
[0011] 另一方面，本发明提供了一种基于电晕放电原理的高冲击加速度检测方法，其特 征在于：所述方法基于本发明的加速度传感器，所述方法包括以下步骤：
[0012] 接收采样电阻上得到的两路特里切尔脉冲信号；
[0013]经过运算放大电路对所述特里切尔脉冲信号进行适当放大；
[0014]经过整形电路整形为方波信号；
[0015]频率测量电路计算出两路特里切尔脉冲频率之差AF;
[0016] 根据AF;检测出加速度a的大小。
[0017]本发明的有益效果是：本发明提出的基于电晕放电原理的高冲击加速度检测方法 及加速度传感器，与热对流式加速度传感器类似的地方是均采用气体作为"检测质量块"， 但检测原理完全不同：本发明利用加速度引起气体压强变化并引起电晕放电特性变化的原 理，最终通过检测放电电流脉冲重复频率来检测加速度。本发明的加速度传感器的核心结 构是针-板电晕放电结构，构造简洁，工艺简单，成本低。本发明提出的高冲击加速度检测 方法利用气体局部微电离特点，响应速度快；同时将加速度测量转化为差动频率测量，直接 数字化输出，电路简单，抗干扰能力强。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明所利用的负直流电压供电的电晕放电结构原理示意图；
[0019] 图2是本发明所利用的正直流电压供电的电晕放电结构原理示意图；
[0020]图3是本发明的单轴高冲击加速度传感器的原理图；
[0021]图4是本发明的信号检测电路的框图；
[0022] 图5是本发明的三轴高