一種基于電暈放電原理的高沖擊加速度檢測方法及傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種高沖擊加速度檢測方法以及加速度傳 感器。
【背景技術】
[0002] 加速度傳感器廣泛應用于工業(yè)、國防、民用等領域。加速度傳感器種類繁多，按照 傳感原理不同，主要有電容式、電感式、壓阻式、壓電式、隧道效應式和熱對流式等。針對大 沖擊、高過載等特殊應用場合的高沖擊加速度傳感器則主要有壓阻式、壓電式、電容式和熱 對流式。非專利文獻1 [李科杰，何岣，張振海等，高沖擊加速度傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，探 測與控制學報，2013, 35 (4)，6-10]對各類高沖擊加速度傳感器進行了綜述。其中，國內外已 經產品化的主要是壓阻式、熱對流式和電容式高沖擊加速度傳感器，如美國ENDEVCO公司 生產的7270A系列壓阻加速度傳感器，量程可達20萬g;MEMSIC公司生產的MXA、MXD等系 列熱對流加速度傳感器，最高過載可達5萬g。
[0003] 壓阻式高沖擊加速度傳感器具有可隨微梁移動的固體質量塊，結構相對復雜，且 受溫度影響較大。電容式高沖擊加速度傳感器線性度差，信號處理電路復雜，易受寄生電容 影響。熱對流式高沖擊加速度傳感器不存在固體檢測質量塊，而是以虛擬的"熱氣團"作為 "質量塊"，環(huán)境適應性和抗沖擊能力更強。但該類型加速度傳感器必須集成加熱器和溫度 傳感器，結構相對復雜，檢測電路相對復雜。

【發(fā)明內容】

[0004]為克服已有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種采用電暈放電原理的高沖擊加速度 檢測方法，具有成本低、抗沖擊能力高、信號檢測簡單的特點。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0006] 一種基于電暈放電原理的高沖擊加速度傳感器，所述加速度傳感器為單軸高沖擊 加速度傳感器，所述傳感器包括直流電壓源#1、直流電壓源#2、限流電阻#1、限流電阻#2、 針尖電極#1、針尖電極#2、電極支撐體#1、電極支撐體#2、平板電極#1、平板電極#2、密封 腔體、采樣電阻#1、采樣電阻#2以及信號檢測電路；其中，所述直流電壓源、限流電阻、針尖 電極、電極支撐體、平板電極、采樣電阻構成電暈放電結構；所述電極支撐體為非導電體，與 密封腔體連接，保證氣密封，構成一個密封腔；平板電極#1和平板電極#2位于密封腔內，所 述平板電極都具有孔隙，氣體可以自由穿過；所述平板電極與電極支撐體連接；所述針尖 電極穿通電極支撐體并保證氣密封；所述平板電極通過導線并穿過電極支撐體引出后與采 樣電阻連接；所述限流電阻用于限制針-板電極之間的氣隙意外完全擊穿時的電流大?。?所述信號檢測電路分別連接采樣電阻#1、采樣電阻#2,對兩路電暈放電結構的特里切爾脈 沖信號進行檢測，進而測量出加速度值。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號檢測電路包括運算放大電路#1、運算放大電 路#2、整形電路#1、整形電路#2和頻率測量電路；所述信號檢測電路將兩路特里切爾脈沖 信號分別經過運算放大電路#1和運算放大電路#2進行適當放大，然后再經過整形電路#1 和整形電路#2整形為方波信號，最后經過頻率測量電路計算出兩路特里切爾脈沖頻率之 差AF，進而檢測出加速度a的大小。
[0008]另一方面，本發(fā)明提供了一種基于電暈放電原理的高沖擊加速度傳感器，所述傳 感器為三軸高沖擊加速度傳感器，在一個六面體密封腔體內，每個面分別設計一套相同的 電暈放電結構，所述電暈放電結構由直流電壓源、限流電阻、針尖電極、電極支撐體、平板電 極、采樣電阻構成；所述電極支撐體為非導電體，與六面體密封腔體連接，保證氣密封，構 成一個密封腔；所述平板電極都位于密封腔內，所述平板電極都具有孔隙，氣體可以自由 穿過；所述平板電極與電極支撐體連接；所述針尖電極穿通電極支撐體并保證氣密封；所 述平板電極通過導線并穿過電極支撐體引出后與采樣電阻連接；所述限流電阻用于限制 針-板電極之間的氣隙意外完全擊穿時的電流大?。凰鲂盘枡z測電路分別連接各個面的 采樣電阻，對六個面的電暈放電結構的特里切爾脈沖信號進行檢測，進而測量出三軸方向 上的加速度值。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述信號檢測電路包括運算放大電路、整形電路和頻 率測量電路；所述信號檢測電路分別將X軸、Y軸和Z軸的兩路特里切爾脈沖信號分別經過 運算放大電路進行適當放大，然后再經過整形電路整形為方波信號，最后經過頻率測量電 路計算出該軸上的兩路特里切爾脈沖頻率之差AF，進而檢測出該軸上的加速度a的大小。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述密封腔空間填充氣體介質，所述氣體介質為包含 負電性氣體。
[0011] 另一方面，本發(fā)明提供了一種基于電暈放電原理的高沖擊加速度檢測方法，其特 征在于：所述方法基于本發(fā)明的加速度傳感器，所述方法包括以下步驟：
[0012] 接收采樣電阻上得到的兩路特里切爾脈沖信號；
[0013]經過運算放大電路對所述特里切爾脈沖信號進行適當放大；
[0014]經過整形電路整形為方波信號；
[0015]頻率測量電路計算出兩路特里切爾脈沖頻率之差AF;
[0016] 根據AF;檢測出加速度a的大小。
[0017]本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的基于電暈放電原理的高沖擊加速度檢測方法 及加速度傳感器，與熱對流式加速度傳感器類似的地方是均采用氣體作為"檢測質量塊"， 但檢測原理完全不同：本發(fā)明利用加速度引起氣體壓強變化并引起電暈放電特性變化的原 理，最終通過檢測放電電流脈沖重復頻率來檢測加速度。本發(fā)明的加速度傳感器的核心結 構是針-板電暈放電結構，構造簡潔，工藝簡單，成本低。本發(fā)明提出的高沖擊加速度檢測 方法利用氣體局部微電離特點，響應速度快；同時將加速度測量轉化為差動頻率測量，直接 數字化輸出，電路簡單，抗干擾能力強。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明所利用的負直流電壓供電的電暈放電結構原理示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明所利用的正直流電壓供電的電暈放電結構原理示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明的單軸高沖擊加速度傳感器的原理圖；
[0021]圖4是本發(fā)明的信號檢測電路的框圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明的三軸高