一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器的制作方法

1.本实用新型涉及一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器，主要用于飞行器的(气压)高度、空速(及马赫数)的测量，是飞机飞行大气数据系统的重要传感器；也可用于气象部门的大气压力测量，以及用于液体的压力测量。


背景技术：

2.大气压力传感器在许多领域都有广泛应用，例如，现代飞机使用大气压力传感器测量飞机的飞行高度、速度，用于飞机的飞行大气数据系统；气象部门使用大气压力传感器测量环境气压等等。大气压力传感器有多种型式，在现代飞机上，更多地使用振动筒式大气压力传感器。振动筒式大气压力传感器由两个同轴单端开口的薄壁圆筒组成。其中一个是内振筒，一个是外保护筒。内振筒的空间与被测大气相通，大气引入内振筒的空腔。内振筒壁由作用在内振筒内表面的压力所张紧，这个张力使内筒的谐振频率随大气压力的改变而改变，通过放大电路构成为闭环振荡电路。当内振筒谐振频率变化时，直接检测出频率增量，并将这个信息送到放大器。由于空气压力是引入到内振筒的内壁，使得内振筒的谐振频率不但与大气压力有关，还与空气的湿度有关，严重时，过高的空气湿度在低温时会在内振筒的内壁结露，从而使内振筒谐振频率与大气压力不再保持应有的正确关系，所得到的空气压力不再是实际的空气压力。


技术实现要素：

3.为了克服现有振动筒式大气压力传感器在使用上的不足，本实用新型提出一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器，利用双音叉的谐振频率与双音叉纵向受力相关，使用双音叉作为大气压力变化的的感受元件。使用压电陶瓷片做双音叉振动激励元件和双音叉振动的感知输出元件，当双音叉的激励压电陶瓷片加有激励信号时，双音叉的感知陶瓷片就会有感应信号输出。将双音叉振动感知输出压电陶瓷片的输出信号加到一个放大器的输入端，而放大器的输出端加到双音叉激励压电陶瓷片，且使放大器输入和输出信号的相位相同。当放大器的放大量足够大时，即形成一个闭环的音叉振荡电路，其振荡频率即为双音叉的谐振频率，该频率与双音叉的纵向受力相关。本实用新型采取的具体技术方案是：双音叉(5)有2个叉股，其两端头有固定支撑(4、9)，双音叉一端固定支撑(4)与圆形波纹膜片(3)焊接在一起；而圆形波纹膜片(3)又焊接在传感器壳体(12)上；双音叉另一端固定支撑(9)与传感器壳体(12)焊接固定；激励压电陶瓷片(6)和感知压电陶瓷片(10)的两个外侧表面有金属镀层 (银或金)，它使每个陶瓷片都有(+
‑
)电极，镀有导电金属的压电陶瓷片用胶粘结在双音叉(5)两侧的下端(靠近端头9的地方)，再用细导线将压电陶瓷片的电极与引出线脚(8)相连接(附图上的引出线脚只画2个)。贴有压电陶瓷片的双音叉(5)一端固定支撑(4)与圆形波纹膜片(3)焊接在一起，与双音叉(5)的一端固定支撑(4)焊在一起的圆形波纹膜片(3)与传感器外壳(12)、大气接口(1)使用“真空电子束焊”工艺焊接在一起，压电陶瓷片电极引线与引出线脚(8)焊接。本传感器机械零部件的焊接均以“真空电子束焊”工艺方式
进行，因此，双音叉敏感元件所处的腔体(11)就是真空室。外界的大气通过大气接口(1)和大气空腔(2)对圆形波纹膜片(3)产生的压力直接改变双音叉(5)的纵向受力，从而使双音叉(5)的谐振频率改变，即双音叉谐振频率的改变直接与大气压力相关。
4.本实用新型的有益效果是：利用双音叉谐振频率与其纵向受力相关的特性，双音叉谐振器大气压力传感器能够实现大气压力传感器压力的频率量(数字化) 的测量输出，相比振动筒式大气压力传感器，因为它是在真空条件下谐振，所以双音叉谐振器大气压力传感器的压力测量不与大气中的湿度有关，保证大气压力传感器的全天候正常工作。
附图说明
5.下面结合附图和实施实例对本实用新型进一步说明。附图1为双音叉谐振器大气压力传感器的剖面示意图，其中，1为大气接口；2为大气空腔；3为圆形波纹膜片；4为双音叉的固定支撑；5为双音叉；6为激励压电陶瓷片；7为引出线脚的玻璃绝缘子；8为引出线脚；9为双音叉的另一固定支撑；10为双音叉的另一压电陶瓷片；11为真空室；12传感器壳体。附图2为双音叉的正面和侧面投影图，其中，3为固定支撑；5为双音叉；7和8为有金属镀层的压电陶瓷片；9为另一固定支撑。
具体实施方式
6.本实用新型采取的具体技术方案是：双音叉的2个端头有固定支撑。双音叉一端的固定支撑(9)与传感器壳体(12)焊接固定，双音叉的另一固定支撑 (4)与圆形波纹膜片(3)焊接在一起；圆形波纹膜片(3)与传感器壳体(12)、大气接口(1)使用“真空电子束焊”工艺焊接在一起；激励压电陶瓷片(6) 和感知压电陶瓷片(10)的两侧表面具有金属镀层(银或金)，在压电陶瓷片上，分别引出作为压电陶瓷片两个电极的金属细导线；两侧表面镀有导电金属的压电陶瓷片用胶粘结在双音叉两侧的下端，用金属细导线将压电陶瓷片电极与引出线脚(8)相连接(附图上的引出线脚只画2个)。双音叉采用良好特性的镍基恒弹合金(例如3j53)制作。贴有压电陶瓷片的双音叉一端固定支撑(4)与圆形波纹膜片(3)焊接在一起，与固定支撑(4)焊接在一起的圆形波纹膜片(3)，和传感器壳体(12)、大气接口(1)焊接在一起。在压电陶瓷片电极引线与引出线脚(8)全部焊接完成之后，将圆形波纹膜片(3)、传感器壳体(12) 和形成大气空腔(2)的大气接口(1)，使用“真空电子束焊”工艺焊接在一起，此时，外界的大气通过大气接口(1)和大气空腔(2)对圆形波纹膜片(3)产生的压力直接改变双音叉纵向受力，从而使双音叉的谐振频率改变，即双音叉谐振频率的改变直接与大气压力相关。


技术特征：
1.一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器，其特征是：使用双音叉作为大气压力变化的感受元件，双音叉的2个端头有固定支撑，双音叉一端的固定支撑(9)与传感器壳体(12)焊接固定，双音叉的另一固定支撑(4)与圆形波纹膜片(3)焊接在一起；圆形波纹膜片(3)与传感器壳体(12)、大气接口(1)使用“真空电子束焊”工艺焊接在一起。2.根据权利要求1所述的一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器，其特征是：激励压电陶瓷片(7)和感知压电陶瓷片(8)外侧表面镀有导电金属(银或金)，分别作为压电陶瓷片的两个电极，用细导线将压电陶瓷片电极与引出线脚(11)相连接(附图上的引出线脚只画2个)，外侧表面镀有导电金属的压电陶瓷片用胶粘结在音叉两侧的下端。

技术总结
本实用新型涉及一种使用双音叉谐振器的大气压力传感器，主要用于飞机飞行高度的测量和飞机的飞行大气数据系统，也可用于气象部门的大气压力测量。本实用新型提出一种使用双音叉振荡器的大气压力传感器，利用双音叉的谐振频率与双音叉纵向受力相关，使用两片侧面镀有导电金属层的压电陶瓷片做音叉振动激励元件和音叉振动的感知输出元件，将双音叉振动感知压电陶瓷片的输出信号加到一个放大器的输入端，而放大器的输出端加到双音叉的激励压电陶瓷片，且使放大器输入和输出信号的相位相同，当放大器的放大量足够大时，即形成一个闭环的音叉振荡电路，其振荡频率即为双音叉的谐振频率，该频率与双音叉的纵向受力相关，能够感受大气压力的变化。大气压力的变化。大气压力的变化。


技术研发人员：冯惠恒 董韶鹏 张万松
受保护的技术使用者：冯惠恒
技术研发日：2020.11.09
技术公布日：2021/11/2