动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法
阅读说明：本技术 动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法 (Moving coil switchable accelerometer and switching method of logic gate switch thereof ) 是由 张阳 杜剑 李军朔 李涛 冯东棉 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法。其目的是解决现有加速度计存在当遇到恶劣工况时,耦合到摆片的高频振荡,常常造成动圈组件失效,进而导致加速度计功能丧失的问题。本发明提供的动圈可切换式加速度计中,通过在上轭铁或下轭铁上同时设置无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱,并分别通过金属丝连接摆片正反面的无磁漆包线A’和无磁漆包线B’的相应镀金区域,从而将无磁漆包线A’和无磁漆包线B’引出,并在引出的无磁漆包线A’和无磁漆包线B’之间串联逻辑门切换开关。该方法在逻辑门总开关因异常断开,能够通过智能切换上动圈线圈或者下动圈组件的线圈作为工作线圈。(The invention relates to a movable coil switchable accelerometer and a switching method of a logic gate selector switch thereof. The problem that when the existing accelerometer is in a severe working condition, the high-frequency oscillation coupled to the pendulous reed often causes failure of a moving coil assembly, and further the function of the accelerometer is lost is solved. In the movable coil switchable accelerometer provided by the invention, the non-magnetic enameled wire A 'binding post and the non-magnetic enameled wire B' binding post are simultaneously arranged on the upper yoke iron or the lower yoke iron and are respectively connected with the corresponding gold-plated areas of the non-magnetic enameled wire A 'and the non-magnetic enameled wire B' on the front and back surfaces of the wobble plate through metal wires, so that the non-magnetic enameled wire A 'and the non-magnetic enameled wire B' are led out, and a logic gate change-over switch is connected in series between the led-out non-magnetic enameled wire A 'and the led-out non-magnetic enameled wire B'. According to the method, when the main switch of the logic gate is abnormally disconnected, the coil of the upper moving coil or the coil of the lower moving coil assembly can be intelligently switched to serve as the working coil.)
技术领域
本发明涉及一种加速度计，具体涉及一种动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法。
背景技术
现有加速度计中的石英加速度计，是利用牛顿第二定律(惯性定律)测量加速度的惯性导航器件，被广泛应用于飞船等的导航系统，是导航系统的核心部件之一，它是利用差动电容的原理检测加速度的一种加速度计。具体检测过程为：加速度计通过检测质量来敏感输入加速度，当加速度计的输入轴方向存在加速度载荷时，检测质量在惯性力作用下偏离平衡位置，绕挠性枢轴做偏摆运动。加速度计的上轭铁、下轭铁与摆片构成的差动电容传感器，输出差动电容，上轭铁和下轭铁的差动电容通过无磁漆包线连接伺服电路的差动电容检测器转换为一定量电流，再经过积分放大后，成为平衡电流输出给力矩器线圈(即粘接在摆片正、反两面的动圈组件)，平衡电流流经线圈时产生的电磁力形成与惯性力矩数值相等、方向相反的平衡力矩，平衡电流和加速度呈正比例关系。
现有的石英加速度计主要由上力矩器、下力矩器和石英材质的摆片构成，其敏感部件如图1所示，由上力矩器的上轭铁020下端面(地)、摆片01正面(电容极板正)、摆片01反面(电容极板负)、下力矩器的下轭铁030上端面(地)组成。上轭铁020下端面(地)与摆片01正面(电容极板正)构成C+，下轭铁030上端面(地)与摆片01反面(电容极板负)构成C-。摆片01的正、反两面均粘接有动圈组件，形成敏感质量的摆片01，敏感质量的摆片01随加速度发生变化，摆片01与上轭铁020、下轭铁030的间隙发生变化，导致电容差发生变化(ΔC＝(C+)-(C-))，通过伺服电路将电容信号转换为电流，通过电流的大小反映加速度的大小。
上述加速度计的具体结构，如图2至图8所示，包括上力矩器、下力矩器和摆片01，上力矩器包括上轭铁020和上动圈组件021，以及设置于上轭铁020上的力矩器低端接线柱022、力矩器高端接线柱023、传感器正端接线柱024、传感器负端接线柱025和地线接线柱026；下力矩器包括下轭铁030和下动圈组件031；摆片01包括中心片，与中心片同心设置的外环片，以及连接二者的摆梁；所述上动圈组件021和下动圈组件031分别设置于中心片的上、下表面处，上动圈组件021从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线A和无磁漆包线A’，下动圈组件031从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线B和无磁漆包线B’；所述无磁漆包线A焊接于摆片01上表面镀金区域后经金属丝引出连接所述力矩器高端接线柱023，所述无磁漆包线B焊接于摆片01下表面镀金区域、经外环片内侧壁的镀金区域与摆片01上表面镀金区域导通后，经金属丝引出连接所述力矩器低端接线柱022，所述无磁漆包线A’和无磁漆包线B’分别焊接于摆片01上、下表面的镀金区域；所述地线接线柱026直接焊接在下轭铁030上；传感器正端接线柱024通过金属丝连接摆片01上表面镀金区域，传感器负端接线柱025通过金属丝连接摆片01上表面的另一镀金区域，该镀金区域经外环片内侧壁的镀金区域与摆片01下表面的相应镀金区域连接；无磁漆包线A’和无磁漆包线B’分别焊接在摆片01上、下表面的镀金区域通过在摆片01侧面镀金属膜导通，从而将上、下动圈组件串联在一起。但是，由于摆片01在500KHz以上的频率下会发生高频振荡，实际应用中当遇到恶劣的工况，耦合到摆片01的高频振荡，极大地考验了上、下动圈组件线圈焊接的可靠性，常常出现动圈组件失效，进而造成加速度计功能丧失的局面。
发明内容
本发明的目的是解决现有加速度计存在当遇到恶劣工况时，耦合到摆片的高频振荡，常常造成动圈组件失效，进而导致加速度计功能丧失的技术问题，提供一种动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
一种动圈可切换式加速度计，包括上力矩器、下力矩器和摆片，上力矩器包括上轭铁和上动圈组件；下力矩器包括下轭铁和下动圈组件，以及设置于下轭铁上的力矩器低端接线柱和力矩器高端接线柱；上动圈组件从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线A和无磁漆包线A’，下动圈组件从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线B和无磁漆包线B’；所述无磁漆包线A焊接于摆片上表面相应镀金区域后，经金属丝引出连接所述力矩器高端接线柱，所述无磁漆包线B焊接于摆片下表面相应镀金区域、经摆片的外环片内侧壁的镀金区域与摆片上表面相应镀金区域导通后，经金属丝引出连接所述力矩器低端接线柱，所述无磁漆包线A’和无磁漆包线B’分别焊接于摆片上、下表面的相应镀金区域；
其特殊之处在于：
还包括逻辑门切换开关，以及同时设置于上轭铁或下轭铁上的无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱；
所述无磁漆包线A’的相应镀金区域通过金属丝连接无磁漆包线A’接线柱；
所述无磁漆包线B’的相应镀金区域通过金属丝连接无磁漆包线B’接线柱；
所述逻辑门切换开关的两端分别与无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱连接；
所述逻辑门切换开关包括逻辑门总开关、逻辑门第一开关和逻辑门第二开关；
所述逻辑门总开关的一端接无磁漆包线A’接线柱，另一端接无磁漆包线B’接线柱；
所述逻辑门第一开关的一端接力矩器高端接线柱，另一端接无磁漆包线B’接线柱；
所述逻辑门第二开关的一端接无磁漆包线A’接线柱，另一端接力矩器低端接线柱。
进一步地，所述无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱相互纵横错开。
进一步地，所述金属丝为金丝。
同时，本发明还提供一种上述的动圈可切换式加速度计中逻辑门切换开关的切换方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)动圈可切换式加速度计上电，逻辑门切换开关处正常状态时，逻辑门总开关处于闭合状态，逻辑门第一开关和逻辑门第二开关均处于打开状态；
2)判断动圈可切换式加速度计的输出是否正常，若是，则执行步骤3)；若否，则断开逻辑门总开关，闭合逻辑门第二开关，然后继续判断动圈可切换式加速度计的输出是否正常，若是，则执行步骤3)；若否，则断开逻辑门第二开关，闭合逻辑门第一开关，然后执行步骤3)；
3)动圈可切换式加速度计开始正常工作。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
1、本发明提供的动圈可切换式加速度计中，对于分别连接到摆片正反面的无磁漆包线A’和无磁漆包线B’，未采用现有技术的通过在摆片侧面镀金属膜导通，而是通过在上轭铁或下轭铁上同时设置无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱，并分别通过金属丝连接无磁漆包线A’和无磁漆包线B’相应镀金区域，从而将无磁漆包线A’和无磁漆包线B’引出，通过在无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱的引出线之间连接逻辑门切换开关，当逻辑门总开关因异常断开，导致上动圈组件与下动圈组件的线圈开路之后，能够通过智能切换上动圈的线圈或者下动圈组件的线圈作为工作线圈，对加速度计上力矩器和下力矩器进行切换，实现对加速度计的“二次利用”，从而提高加速度计的可靠性。即通过在上动圈组件的无磁漆包线A’和下动圈组件的无磁漆包线B’之间串联逻辑门切换开关，将加速度计的上、下动圈组件电气性能分开，实现了对上、下动圈组件的模块化处理。
2、本发明提供的动圈可切换式加速度计及其逻辑门切换开关的切换方法，当逻辑门切换开关处于“关”状态时，上动圈组件的无磁漆包线A’和下动圈组件的无磁漆包线B’连接在一起，实现了上动圈组件与下动圈组件的线圈的串联，与现有加速度计的功能一致；当逻辑门切换开关处于“开”的状态时，上、下线圈彼此分离，上动圈组件的无磁漆包线A’和下动圈组件的无磁漆包线B’通过逻辑门切换开关分别连接力矩器的高低端。
3、本发明提供的动圈可切换式加速度计，对于同时设置于上轭铁或下轭铁上的无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’接线柱，在方便焊接的前提下，采取纵横错开的布置方式，以避免无磁漆包线A’接线柱和无磁漆包线B’分别引出的金属丝之间相接触。
附图说明
图1为现有石英加速度计敏感部件的原理示意图；
图2为现有石英加速度计中上轭铁的结构示意图；
图3为现有石英加速度计中摆片的结构示意图；
图4为现有石英加速度计中上、下动圈组件的结构示意图；
图5为现有石英加速度计中上、下动圈组件的无磁漆包线连接示意图；
图6为现有石英加速度计中摆片上表面的电气结构示意图；
图7为现有石英加速度计中摆片下表面的电气结构示意图；
图8为现有石英加速度计的结构示意图；
图9为本发明动圈可切换式加速度计中下轭铁的结构示意图；
图10为本发明动圈可切换式加速度计中摆片的结构示意图，图中还示出了无磁漆包线A’接线柱、无磁漆包线B’接线柱，无磁漆包线A’接线柱接无磁漆包线A引出的金属丝a，无磁漆包线B’接线柱接无磁漆包线B引出的金属丝b，图中圈出的区域c对应现有技术中无磁漆包线A’和无磁漆包线B’的相应镀金区域在摆片侧面镀金属膜导通的金属膜位置，本发明中摆片侧面的该位置未镀导通用金属膜；
图11为本发明动圈可切换式加速度计中上下动圈组件的线圈之间在开关闭合(串联)时的结构示意图；
图12为本发明动圈可切换式加速度计中上下动圈组件的线圈之间在开关打开(开路)时的结构示意图；
图13为本发明动圈可切换式加速度计中上下动圈组件的线圈及二者之间的逻辑门切换开关处的连接示意图，e代表力矩器高端，f代表力矩器低端；
图14为本发明动圈可切换式加速度计中下轭铁背面(下表面)和逻辑门切换开关处的结构原理示意图；
图15为本发明动圈可切换式加速度计的结构示意图；
图16为本发明动圈可切换式加速度计中逻辑门切换开关的切换方法流程图，图中，开关1为逻辑门第一开关，开关2为逻辑门第二开关；
附图标记说明：
图2至图8(现有技术)中：
01-摆片、020-上轭铁、021-上动圈组件、030-下轭铁、031-下动圈组件、022-力矩器低端接线柱、023-力矩器高端接线柱、024-传感器正端接线柱、025-传感器负端接线柱、026-地线接线柱；
图9至图15(本发明)中：
1-摆片、20-上轭铁、21-上动圈组件、30-下轭铁、31-下动圈组件、32-力矩器低端接线柱、33-力矩器高端接线柱、34-传感器正端接线柱、35-传感器负端接线柱、4-无磁漆包线A’接线柱、5-无磁漆包线B’接线柱、6-逻辑门切换开关、61-逻辑门总开关、62-逻辑门第一开关、63-逻辑门第二开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
一种动圈可切换式加速度计，如图9至图15所示，包括上力矩器、下力矩器、摆片1、无磁漆包线A’接线柱4、无磁漆包线B’接线柱5和逻辑门切换开关6。其中，上力矩器包括上轭铁20和上动圈组件21；下力矩器包括下轭铁30和下动圈组件31，以及设置于下轭铁30上的力矩器低端接线柱32、力矩器高端接线柱33、传感器正端接线柱34、传感器负端接线柱35和地线接线柱；摆片1包括中心片，与中心片同心设置的外环片，以及连接二者的摆梁；所述上动圈组件21和下动圈组件31分别设置于中心片的上、下表面处，上动圈组件21从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线A和无磁漆包线A’，下动圈组件31从其动圈骨架的焊接窗口引出无磁漆包线B和无磁漆包线B’。
所述无磁漆包线A焊接于摆片1上表面相应镀金区域后，经金属丝引出连接所述力矩器高端接线柱33，所述无磁漆包线B焊接于摆片1下表面相应镀金区域、经外环片内侧壁的镀金区域与摆片1上表面相应镀金区域导通后，经金属丝引出连接所述力矩器低端接线柱32，所述无磁漆包线A’和无磁漆包线B’分别焊接于摆片1上、下表面的相应镀金区域；所述地线接线柱直接焊接在下轭铁30上；传感器正端接线柱34通过金属丝连接摆片1上表面镀金区域，传感器负端接线柱35通过金属丝连接摆片1上表面的另一镀金区域，该镀金区域经外环片内侧壁的镀金区域与摆片1下表面的相应镀金区域连接；无磁漆包线A’接线柱4和无磁漆包线B’接线柱5同时设置于下轭铁30(或上轭铁20)上；所述无磁漆包线A’的相应镀金区域通过金属丝连接无磁漆包线A’接线柱4；所述无磁漆包线B’的相应镀金区域通过金属丝连接无磁漆包线B’接线柱5。在方便焊接的前提下，同时设置于下轭铁30上的无磁漆包线A’接线柱4和无磁漆包线B’接线柱5应纵横错开，避免无磁漆包线A’4和无磁漆包线B’分别引出的金属丝之间相互接触，上述所有金属丝采用金丝。
所述逻辑门切换开关6连接于无磁漆包线A’接线柱4和无磁漆包线B’接线柱5之间；所述逻辑门切换开关6包括逻辑门总开关61、逻辑门第一开关62和逻辑门第二开关63；所述逻辑门总开关61的一端接无磁漆包线A’接线柱4，另一端接无磁漆包线B’接线柱5；所述逻辑门第一开关62的一端接力矩器高端接线柱33，另一端接无磁漆包线B’接线柱5；所述逻辑门第二开关63的一端接无磁漆包线A’接线柱4，另一端接力矩器低端接线柱32。
基于动圈可切换式加速度计中逻辑门切换开关的切换方法，如图16所示，包括以下步骤：
1)动圈可切换式加速度计上电，逻辑门切换开关6处正常状态(默认状态)时，逻辑门总开关61处于闭合状态，逻辑门第一开关62和逻辑门第二开关63均处于打开状态，此时上动圈组件21与下动圈组件31的线圈相串联，均为工作线圈；
2)判断动圈可切换式加速度计的输出是否正常(当输出出现极大值或者极小值时为输出异常)，若是(正常)，则执行步骤3)；若否，则断开逻辑门总开关61，闭合逻辑门第二开关63，此时上动圈组件21的线圈为工作线圈，然后继续判断动圈可切换式加速度计的输出是否正常，若是，则执行步骤3)；若否，则断开逻辑门第二开关63，闭合逻辑门第一开关62，此时下动圈组件31的线圈为工作线圈，然后执行步骤3)；
3)动圈可切换式加速度计开始正常工作。
本发明的加速度计中，分别连接到摆片1正反面相应镀金区域的无磁漆包线A’和无磁漆包线B’，通过在上轭铁20或下轭铁30上同时设置无磁漆包线A’接线柱4和无磁漆包线B’接线柱5，并通过金属丝实现无磁漆包线A’和无磁漆包线B’在开路后的引出，并在引出的无磁漆包线A’和无磁漆包线B’之间串联逻辑门切换开关6，使得当逻辑门总开关61因异常断开，导致上动圈组件21与下动圈组件31的线圈开路之后，能够通过智能切换上动圈线圈或者下动圈组件的线圈作为工作线圈，连接力矩器的高低端，实现对加速度计上力矩器和下力矩器进行切换，从而对加速度计的“二次利用”，进而提高加速度计的可靠性。即通过将上动圈组件21的无磁漆包线A’和下动圈组件31的无磁漆包线B’之间串联逻辑门切换开关6，将加速度计的上、下动圈组件31电气性能分开，实现了对上、下动圈组件31的模块化处理。当逻辑门切换开关6处于“关”状态时，无磁漆包线A’和下动圈组件31的无磁漆包线B’串联，实现了上动圈组件21与下动圈组件31的线圈的串联，与现有加速度计的功能一致；当逻辑门切换开关6处于“开”的状态时，上、下线圈彼此分离，上动圈组件的无磁漆包线A’和下动圈组件的无磁漆包线B’通过逻辑门切换开关分别连接力矩器的高低端。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
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