一种挠性加速度计摆片温度性能测试方法及系统

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种在温度变化使用条件下使用的挠 性加速度计摆片测试方法，尤其是一种挠性加速度计摆片温度性能测试方法 及系统。

背景技术

挠性加速度计是一种差动电容式闭环高精度的传感器，最早由美国森的 斯坦公司于二十世纪七十年代研制成功，具体结构在美国专利(专利号 4250757)有详细描述，它的表芯结构、摆部件和摆片，是目前国内惯性导航 测量及制导系统普遍使用的结构最简单的高精度加速度计。

加速度计核心敏感元件是摆部件，由一个摆片和两个力矩器线圈分别缠 绕在各自力矩器线圈骨架上构成。两个线圈骨架通过粘接剂对称粘接到摆片 正反表面。摆片的摆舌正反表面镀覆金膜形成电容极板，与上下导磁环(作 为测试线路的“地”)表面形成一对电容。

挠性加速度计工作原理为：当产品有沿敏感轴方向的加速度作用时，由 于没有合外力作用，摆片保持原有运动状态，因此相对上、下力矩器产生位 移，使两侧平板电容形成电容差。差动电容传感器敏感到电容差，产生一个 与电容差成比例的电流。电流经伺服电路滤波、积分、放大等处理后加载在 力矩线圈上，载流力矩线圈受到力矩器磁场的作用产生一个与输入加速度方 向相同的电磁力F，使摆片回复到平衡位置(两侧电容相等)。此时力矩线 圈中的力矩电流反映了加速度的大小和方向，检出力矩线圈上的电流即可计 算出输入加速度，实现加速度的测量。当产品沿敏感轴方向没有加速度作用 时，力矩线圈上的电流反映了偏值大小。

通过检测偏值随温度的变化，可以得到加速度计偏值性能，通过试验对 比和仿真分析计算，其主要决定因素是摆片、力矩线圈骨架以及粘接剂随温 度的变化产生的变形，引起的加速度计敏感电容变化。

现有测试技术的主要局限性在于：

1、现有加速度计偏值温度性能的测量方法需要将加速度计摆片、力矩线 圈部件粘接成摆部件后，再装配成表芯状态，利用测试线路进行整体闭路测 试。如果测试后加速度计偏值随温度变化较大，不能满足使用要求，摆部件 只能报废处理或拆解。在拆解过程中，各零部件可能会引起损坏或报废。整 个装配、测试、拆解环节费时费力；

2、引起加速度计偏值温度变化的原因是摆片、力矩线圈骨架以及粘接剂、 测试线路等因素的综合影响，无法确定各零部件的影响程度，也就无法采取 措施进一步改进加速度计偏值温度性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种挠性加速度计摆片温 度性能测试方法及系统，在实现摆片温度性能检测的同时可以将摆片温度性 能对于加速度计偏值温度性能的占比计算出来，用于加速度计偏值温度性能 分析、摆片性能改进提高，进而提高加速度计整体温度性能。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种挠性加速度计摆片温度性能测试方法，包括以下步骤：

步骤1、在摆片传感器C-引出端、摆片传感器C+引出端焊接引线，同时 将相邻的上下导磁环作为上、下电容极板的“地”，分别通过导线引出，形 成两组电容测试信号C-、C+待测；

步骤2、按照传统加速度计表芯装配方法，利用加速度计表芯装配工装， 将待测摆片和上下导磁环同轴夹持在装配工装上，对齐装配在一起；

步骤3、利用水平仪，将高低温箱内的隔振基座测试平板表面调水平， 防止电容极板与导磁环表面导通；

步骤4、将表芯及其装配工装放置在隔振基座表面，将两组电容测试线 摆片传感器C+、C-及各自的低端分别引出到电容测试仪，进行监测；

步骤5、在选定的一系列温度点，分别测试两组电容值，得到电容差值 随温度的变化曲线，通过电容差与偏值的换算关系，得到摆片自身随温度的 变形对于加速度计偏值变化的影响。

一种新型的摆片温度性能测试系统，包括一个待测摆片、两个导磁环和 一台电容测试仪；所述两个导磁环对向设置，在上、下两个导磁环中间同轴 对称设置有待测摆片；该待测摆片的正反两面均镀覆有摆片金膜形成电容极 板；该电容极板与上、下导磁环表面形成摆片传感器；该摆片传感器C+引出 端和摆片传感器C-引出端及各自相邻的导磁环分别通过引线与电容测试仪相 连接，用于监测待测摆片电容差随温度的变化。

而且，所述测试系统在隔振基座测试平板表面放置，同时，利用水平仪 检测隔振基座测试平板表面水平状态，防止摆片电容极板与导磁环表面导通。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明提出一种用于挠性加速度计摆片测试温度性能的方法，以加速 度计输出偏值温度系数测试方法为基础，利用电容测试仪，通过检测摆片电 容差随温度的变化来测试摆片的温度性能。本发明克服了无法检测挠性加速 度计摆片温度性能的弊端，将加速度计摆片温度性能在装配之前提前检测出 来。该方法使用带隔振基座的传统高低温箱以及安装夹具、数字万用表、水 平仪、电容测试仪，通过摆片电容差随温度的变化，实现了摆片温度性能检 测，同时可以将摆片温度性能对于加速度计偏值温度性能的占比计算出来，用于加速度计偏值温度性能分析、摆片性能改进提高，进而提高加速度计整 体温度性能。对于偏值温度系数要求较高的加速度计设计改进，具有十分重 要的意义。

2、本发明中需要的测试工装与原有加速度计的装配工装相同，不需要单 独设计加工；

3、本发明不需要加速度计摆部件整体装配就可以实现摆片的温度性能测 试。

4、本发明可以筛选出温度性能不合格摆片，解决摆片温度性能检测难题.

5、本发明能够根据不同结构摆片的测试结果对比，指导摆片结构或材料 改进，提高加速度计偏值温度稳定性。

附图说明

图1是本发明所述测试方法的装配爆炸图及测试信号连接图；

图2是常规挠性加速度计摆片的结构图；

图中：10.导磁环；21.待测摆片；24.摆片传感器C-引出端；25.摆片传 感器C+引出端；40.电容测试仪。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种挠性加速度计摆片温度性能测试方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、在摆片传感器C-引出端、摆片传感器C+引出端焊接引线，同时 将相邻的上下导磁环作为上、下电容极板的“地”，分别通过导线引出，形 成两组电容测试信号C-、C+待测；

步骤2、按照传统加速度计表芯装配方法，利用加速度计表芯装配工装， 将待测摆片和上下导磁环同轴夹持在装配工装上，对齐装配在一起；

步骤3、利用水平仪，将高低温箱内的隔振基座测试平板表面调水平， 防止电容极板与导磁环表面导通；

步骤4、将表芯及其装配工装放置在隔振基座表面，将两组电容测试线 摆片传感器C+、C-及各自的低端分别引出到电容测试仪，进行监测；

步骤5、在选定的一系列温度点，分别测试两组电容值，得到电容差值 随温度的变化曲线，通过电容差与偏值的换算关系，得到摆片自身随温度的 变形对于加速度计偏值变化的影响。

一种新型的摆片温度性能测试系统，包括一个待测摆片、两个导磁环和 一台电容测试仪；所述两个导磁环对向设置，在上、下两个导磁环中间同轴 对称设置有待测摆片；该待测摆片的正反两面均镀覆有摆片金膜形成电容极 板；该电容极板与上、下导磁环表面形成摆片传感器；该摆片传感器C+引出 端和摆片传感器C-引出端及各自相邻的导磁环分别通过引线与电容测试仪相 连接，用于监测待测摆片电容差随温度的变化。

在本实施例中，所述测试系统在隔振基座测试平板表面放置，同时，利 用水平仪检测隔振基座测试平板表面水平状态，防止摆片电容极板与导磁环 表面导通。

在本实施例中，所述摆片传感器电容极板引线提前焊接引出。

利用加速度计装配工装，将待测摆片同轴对称夹持在上下导磁环中间；

摆片金膜分别与上、下导磁环(作为地)表面形成两个差动电容C+、C-；

通过四根引线分别将传感器C+、C-及各自的低端引出到电容测试仪，进 行监测。

在本实施例中，如图1和图2所示，待测摆片21摆舌正反两面分别镀覆 金膜形成电容极板，传感器C-引出端24连接的金膜位于摆片反面；传感器 C+引出端25连接的金膜位于摆片正面。

如图1所示的两个电容极板分别与上下导磁环10表面形成一对电容。传 感器C-引出端24连接的金膜与相邻的导磁环10(作为低端)形成电容C-， 引出到电容测试仪40；传感器C+引出端25连接的金膜与相邻的导磁环10(作 为低端)形成电容C+，同时引出到电容测试仪40。

本发明的工作原理为：

本发明以电容差随温度变化测试为基础的摆片温度性能测试方法，通过 摆片电容差随温度的变化来测试摆片随温度的微小变形量。只需要待测摆片 和加速度计正常使用的上下导磁环，就可以实现摆片温度性能测试。

本发明的待测摆片的摆舌正反表面镀覆金膜形成电容极板，在装配工装 上摆片与上下导磁环(作为电容检测的“地”)同轴装配，摆片正反表面电 容极板与上下导磁环表面形成一对电容。电容测试仪采集待测电容差随温度 的变化，可以得到摆片的温度性能。

本发明通过单独检测摆片的电容差随温度的变化，可以得到摆片的温度 性能，筛选出温度性能不合格摆片，解决摆片温度性能检测难题。根据不同 摆片的测试结果对比，指导摆片结构或材料改进，提高加速度计偏值温度稳 定性。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此 本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根 据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。