本發(fā)明專利技術(shù)屬于加速度計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，包括石英擺片和線圈骨架，所述線圈骨架為圓周對稱的圓筒形，所述石英擺片的擺舌上設(shè)有伸縮縫。通過將線圈骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓周對稱的圓筒形，避免了原有線圈骨架底座對繞組形變的約束，同時(shí)有效提高了高溫環(huán)境中繞組的圓柱度。通過在石英擺片的擺舌上設(shè)置伸縮縫，能夠減小繞組的熱應(yīng)力，進(jìn)一步放松對繞組的約束。并且經(jīng)仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證，本發(fā)明專利技術(shù)的石英撓性加速度計(jì)擺組件提高了線圈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以減小因線圈熱應(yīng)變產(chǎn)生的標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)，對提升石英撓性加速度計(jì)溫度適應(yīng)性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于加速度計(jì)，尤其涉及一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件。
技術(shù)介紹
1、石英撓性加速度計(jì)是現(xiàn)代慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，廣泛應(yīng)用于空間導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航及地面運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域。在石油和煤礦的勘探過程中，常常面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件和極端的溫度環(huán)境。在實(shí)際勘探井下測量時(shí)，加速度計(jì)需具備長期工作在高溫環(huán)境中保持反饋穩(wěn)定性的能力。石英撓性加速度計(jì)是典型的力矩平衡傳感器，通過線圈繞組在穩(wěn)定磁場中產(chǎn)生的安培力平衡敏感質(zhì)量的慣性力并進(jìn)行檢測控制。因此，線圈繞組是保證石英加速度計(jì)系統(tǒng)反饋溫度穩(wěn)定性的關(guān)鍵之一。
2、現(xiàn)有線圈由銅絲繞組纏繞在鋁合金骨架上構(gòu)成，再通過環(huán)氧膠粘接在石英擺片上構(gòu)成擺組件。粘接面通常被認(rèn)為是綁定接觸，即石英與環(huán)氧膠、環(huán)氧膠與鋁合金、鋁合金與銅絲之間存在綁定接觸約束關(guān)系。由于幾種相互約束的材料的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致熱應(yīng)力產(chǎn)生。在高溫環(huán)境下，線圈產(chǎn)生的熱應(yīng)變使繞組部分結(jié)構(gòu)膨脹，促使通電電流在穩(wěn)定磁場中的位置發(fā)生變化，最終導(dǎo)致反饋力的大小與作用點(diǎn)發(fā)生變化。因此，高溫環(huán)境下的線圈繞組熱應(yīng)變會(huì)使石英撓性加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)發(fā)生變化，影響加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)溫度穩(wěn)定性。
3、綜上，繞組需具備在變溫環(huán)境中有產(chǎn)生穩(wěn)定反饋力的能力，需要以提高線圈結(jié)構(gòu)的溫度穩(wěn)定性為目標(biāo)進(jìn)行熱應(yīng)變分析及擺組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而現(xiàn)有技術(shù)中缺少對石英加速度計(jì)繞組熱應(yīng)變的分析；需要對擺組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減小繞組熱應(yīng)變，減小因熱應(yīng)變產(chǎn)生的加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)，以使其符合在高溫井下的應(yīng)用條件，提升石英撓性加速度計(jì)溫度適應(yīng)性。
/>技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)提出了一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其對現(xiàn)有石英撓性加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，通過改變繞組線圈的結(jié)構(gòu)，并在擺片上設(shè)計(jì)伸縮縫，放松對繞組的約束從而減小線圈熱應(yīng)變，由此實(shí)現(xiàn)了石英撓性加速度計(jì)溫度適應(yīng)性的有效提升。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案具體如下：
3、一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，包括石英擺片和線圈骨架，所述線圈骨架為圓周對稱的圓筒形，所述石英擺片的擺舌上設(shè)有伸縮縫。
4、優(yōu)選的，所述伸縮縫設(shè)于線圈骨架與擺舌的粘接位置，伸縮縫內(nèi)形成粘接部和支撐部。
5、優(yōu)選的，所述伸縮縫的形狀為豆芽形或s形，數(shù)量為4，且呈雙軸對稱分布。
6、優(yōu)選的，所述伸縮縫的尾部向石英擺片圓心延伸，延伸段內(nèi)徑圓心在擺片半徑上。
7、優(yōu)選的，所述伸縮縫能夠隔離電容極板與線圈骨架、石英擺片粘接處之間的相互影響。
8、優(yōu)選的，線圈骨架與擺舌共有4個(gè)粘接部，呈雙軸對稱分布，每處長度不少于1mm，寬度為5mm，在圓周上的分布與橫向?qū)ΨQ軸之間的角度為15°-30°，伸縮縫縫寬為0.2mm，其中粘接部與支撐部之間的縫寬為0.2-0.8mm，伸縮縫的尾部向石英擺片圓心延申，延申段內(nèi)徑圓心在擺片半徑上，半徑長度為0.5mm，延申至法向直徑與橫向?qū)ΨQ軸之間的夾角為60°，以減小集中應(yīng)力。
9、優(yōu)選的，所述線圈骨架的內(nèi)徑為9.8mm，側(cè)壁厚度為0.1mm，與石英擺片粘接側(cè)的法蘭壁厚為0.22mm，另一側(cè)的限位法蘭壁厚為0.15mm。
10、優(yōu)選的，所述線圈骨架的材質(zhì)為鋁合金。
11、一種石英撓性加速度計(jì)擺組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
12、步驟s1：建立石英撓性加速度計(jì)擺組件的熱場-結(jié)構(gòu)-磁場多物理場仿真模型；
13、步驟s2：設(shè)定所述石英撓性加速度計(jì)擺組件的設(shè)計(jì)參數(shù)，所述設(shè)計(jì)參數(shù)包括線圈骨架、石英擺片以及伸縮縫的形狀、位置和尺寸；
14、步驟s3：基于所述熱場-結(jié)構(gòu)-磁場多物理場仿真模型，仿真計(jì)算在典型工作環(huán)境的溫度沖擊下線圈的熱應(yīng)變與所受磁場力的變化；
15、步驟s4：分析仿真結(jié)果，返回步驟s2對石英撓性加速度計(jì)擺組件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
16、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的有益效果在于：
17、1.本專利技術(shù)的降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，線圈骨架結(jié)構(gòu)采用圓周對稱的圓筒形，避免了原有線圈骨架底座對繞組形變的約束，同時(shí)有效提高了高溫環(huán)境中繞組的圓柱度。
18、2.本專利技術(shù)的降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，在石英擺片的擺舌上設(shè)置伸縮縫，能夠減小繞組的熱應(yīng)力，進(jìn)一步放松對繞組的約束。
19、3.本專利技術(shù)的降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，經(jīng)仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證，可以提高線圈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以減小因線圈熱應(yīng)變產(chǎn)生的標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)，對提升石英撓性加速度計(jì)溫度適應(yīng)性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
20、4.本專利技術(shù)建立的石英撓性加速度計(jì)表頭多物理場仿真模型綜合力學(xué)計(jì)算、溫度計(jì)算、磁場計(jì)算，可以有效計(jì)算繞組熱應(yīng)變，并將繞組形變傳遞到磁場中，計(jì)算磁場力的變化。傳統(tǒng)公式計(jì)算難以模擬加速度計(jì)復(fù)雜的擺片結(jié)構(gòu)，仿真模型建立簡約，計(jì)算結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確，節(jié)約計(jì)算時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，包括石英擺片和線圈骨架，其特征在于，所述線圈骨架為圓周對稱的圓筒形，所述石英擺片的擺舌上設(shè)有伸縮縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫設(shè)于線圈骨架與擺舌的粘接位置，伸縮縫內(nèi)形成粘接部和支撐部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫的形狀為豆芽形或S形，數(shù)量為4，且呈雙軸對稱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫的尾部向石英擺片圓心延伸，延伸段內(nèi)徑圓心在擺片半徑上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫能夠隔離電容極板與線圈骨架、石英擺片粘接部之間的相互影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述線圈骨架與擺舌共有4個(gè)粘接部，呈雙軸對稱分布，每處長度不少于1mm，寬度為5mm，在圓周上的分布與橫向?qū)ΨQ軸之間的角度為15°-30°，伸縮縫縫寬為0.2mm，其中粘接部與支撐部之間的縫寬為0.2-0.8mm，伸縮縫的尾部向石英擺片圓心延申，延申段內(nèi)徑圓心在擺片半徑上，半徑長度為0.5mm，延申至法向直徑與橫向?qū)ΨQ軸之間的夾角為60°，以減小集中應(yīng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述線圈骨架的內(nèi)徑為9.8mm，側(cè)壁厚度為0.1mm，與石英擺片粘接側(cè)的法蘭壁厚為0.22mm，另一側(cè)的限位法蘭壁厚為0.15mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述線圈骨架的材質(zhì)為鋁合金。
9.一種如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述石英撓性加速度計(jì)擺組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種降低線圈熱應(yīng)變的石英撓性加速度計(jì)擺組件，包括石英擺片和線圈骨架，其特征在于，所述線圈骨架為圓周對稱的圓筒形，所述石英擺片的擺舌上設(shè)有伸縮縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫設(shè)于線圈骨架與擺舌的粘接位置，伸縮縫內(nèi)形成粘接部和支撐部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫的形狀為豆芽形或s形，數(shù)量為4，且呈雙軸對稱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫的尾部向石英擺片圓心延伸，延伸段內(nèi)徑圓心在擺片半徑上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所述伸縮縫能夠隔離電容極板與線圈骨架、石英擺片粘接部之間的相互影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英撓性加速度計(jì)擺組件，其特征在于，所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：冉龍俊，黃琬瑩，付強(qiáng)，朱志方，馬孟奇，張春熹，高明萱，溫文皓，王梓旭，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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