一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏 度標(biāo)定的振動臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳感器是一種將被測非電量轉(zhuǎn)換成與其呈對應(yīng)關(guān)系電信號的裝置，它是信息獲取 的核心，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)進步中發(fā)揮著重要作用。目前，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展， 人們更加依賴于獲取外界信息的采集技術(shù)，傳感器已經(jīng)滲透到工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、宇宙開 發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源勘察、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程，甚至是文物保護等極其廣泛的領(lǐng) 域。壓電式加速度傳感器于上世紀(jì)40年代末、50年代初開始大規(guī)模生產(chǎn)，具有尺寸小、重量 輕、抗干擾能力強、環(huán)境特性好、安裝方便等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船 舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測試、信號分析、振動校準(zhǔn)、機械動態(tài)實驗等中，特別是在航空 和宇航領(lǐng)域中更是有它的特殊地位。壓電式加速度傳感器在自動化儀器設(shè)備中的使用越來 越廣泛，其正確使用對儀器、設(shè)備的性能起著決定性影響，因此，壓電式加速度傳感器必須 進行正確的標(biāo)定。
[0003] 加速度傳感器橫向靈敏度的標(biāo)定主要是依照國際標(biāo)準(zhǔn)IS016063-31。標(biāo)定方法主 要包括單軸振動臺激振法，平面兩軸振動臺激振法和空間三軸振動臺激振法等。其中，單軸 振動臺激振法需要手動安裝測試，對傳感器的安裝位置要求較高，標(biāo)定效率較低，使用受到 一定的限制，而兩軸振動臺可以實現(xiàn)自動化標(biāo)定，標(biāo)定效率和精度高。
[0004] 柔性鉸鏈?zhǔn)抢貌牧系淖冃问瓜嗷ミB接的剛體產(chǎn)生微小位移及轉(zhuǎn)動的一種柔性 單元。若干個柔性鉸鏈可以組成柔性鉸鏈機構(gòu)，柔性鉸鏈機構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與航空制 造、微操作、微電子制造、生物工程等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的剛性機構(gòu)相比，柔性機構(gòu)具有許多優(yōu) 點：整體化設(shè)計和加工，可簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和質(zhì)量、免于裝配;無間隙和摩擦，可實現(xiàn)高 精度運動;免于磨損，提高壽命;免于潤滑，避免污染;可增大結(jié)構(gòu)剛度等。結(jié)合柔性鉸鏈機 構(gòu)可以實現(xiàn)納米級運動分辨率的特點，可以將柔性鉸鏈機構(gòu)作為平面兩軸振動臺，實現(xiàn)壓 電式加速度傳感器橫向靈敏度的自動化標(biāo)定。作為兩軸振動臺的柔性鉸鏈機構(gòu)需要具有較 高的工作頻率，以產(chǎn)生較大的振動加速度，增大傳感器的標(biāo)定范圍，具有良好的解耦特性， 以便于進行兩軸平面合成運動的精確控制，具有較大的承載能力，以滿足更多壓電式加速 度傳感器的標(biāo)定。柔性鉸鏈機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸小，形狀復(fù)雜，加工精度高，需要采用合理的柔性 鉸鏈機構(gòu)設(shè)計方法進行構(gòu)型綜合，以兩軸振動臺的使用要求為優(yōu)化目標(biāo)，選用合理的優(yōu)化 方法進行機構(gòu)的運動綜合和優(yōu)化設(shè)計。
[0005] 目前，兩軸振動臺主要采用基于幅值比和相位差的諧振梁裝置，諧振梁需要工作 在共振頻率附近，產(chǎn)生的加速度幅值穩(wěn)定度和頻率穩(wěn)定度都有待于提高，控制困難。因此， 結(jié)合柔性鉸鏈機構(gòu)的特點，以滿足兩軸振動臺的性能要求為設(shè)計目標(biāo)，研發(fā)設(shè)計一種面向 壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提出一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺，該 振動臺由平面二軸振動發(fā)生裝置上固定柔性鉸鏈機構(gòu)構(gòu)成;其中，在平面二軸振動發(fā)生裝 置的氣浮隔振臺1上固定柔性鉸鏈機構(gòu)2;在對應(yīng)于柔性鉸鏈機構(gòu)2的右端和下端分別固定 第一輸入平臺聯(lián)接塊3和第二輸入平臺聯(lián)接塊4;第一輸入平臺聯(lián)接塊3通過其上的螺紋與 第一壓電陶瓷驅(qū)動器5連接，第二輸入平臺聯(lián)接塊4通過螺紋與第二壓電陶瓷驅(qū)動器6連接， 并保證第一壓電陶瓷驅(qū)動器5和第二壓電陶瓷驅(qū)動器6的導(dǎo)線接口豎直向上;第一壓電陶瓷 驅(qū)動器5的端部與第一軸端擋板7的中間凸臺接觸，第二壓電陶瓷驅(qū)動器6的端部與第二軸 端擋板8的中間凸臺接觸;第一軸端擋板7通過螺栓與柔性鉸鏈機構(gòu)2的剛性聯(lián)接基體25右 端外側(cè)連接，第二軸端擋板8通過螺栓與柔性鉸鏈機構(gòu)2的剛性聯(lián)接基體25下端外側(cè)連接， 在柔性鉸鏈機構(gòu)2的中間部分的終端平臺20上固定終端平臺轉(zhuǎn)換塊9;終端平臺轉(zhuǎn)換塊9的 上表面固定傳感器螺紋接頭10;傳感器螺紋接頭10上連接被測壓電式加速度傳感器11，并 保證其敏感軸沿豎直方向；柔性鉸鏈機構(gòu)2的左端和上端的剛性聯(lián)接基體25上表面分別與 第一安裝支座12和第二安裝支座13的部分下表面接觸;第一安裝支座12和第二安裝支座13 的其余部分下表面固定在氣浮隔振臺1上;第一安裝支座12和第二安裝支座13上表面分別 安裝有第一長度計14和第二長度計15;第一長度計14通過第一夾緊蓋板16和第一夾緊支座 17固定在第一安裝支座12上表面;第二長度計15通過第二夾緊蓋板18和第二夾緊支座19固 定在第二安裝支座13的上表面。
[0007] 所述柔性鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是:在柔性鉸鏈中間部分設(shè)置，終端平臺20的右邊設(shè)置 第一輸入平臺21、終端平臺20的下邊設(shè)置第二輸入平臺22、終端平臺20的左邊設(shè)置第三輸 入平臺23、終端平臺20的上邊設(shè)置第四輸入平臺24、柔性鉸鏈機構(gòu)2的四周為剛性聯(lián)接基體 25;其中第一輸入平臺21和剛性聯(lián)接基體25之間通過第一鉸鏈單元26和第二鉸鏈單元27連 接，第二輸入平臺22和剛性聯(lián)接基體25之間通過第三鉸鏈單元28和第四鉸鏈單元29連接， 第三輸入平臺23和剛性聯(lián)接基體25之間通過第五鉸鏈單元30和第六鉸鏈單元31連接，第四 輸入平臺24和剛性聯(lián)接基體25之間通過第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33連接;所述第一 輸入平臺21和終端平臺20之間通過第九鉸鏈單元34連接，第二輸入平臺22和終端平臺20之 間通過第十鉸鏈單元35聯(lián)接，第三輸入平臺23和終端平臺20之間通過第十一鉸鏈單元36聯(lián) 接，第四輸入平臺24和終端平臺20之間通過第十二鉸鏈單元37聯(lián)接；
[0008] 所述第一鉸鏈單元26、第二鉸鏈單元27、第三鉸鏈單元28、第四鉸鏈單元29、第五 鉸鏈單元30、第六鉸鏈單元31、第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33都由兩個平行分布的直 梁型柔性鉸鏈組成;并且尺寸略大于第九鉸鏈單元34、第十鉸鏈單元35、第十一鉸鏈單元36 和第十二鉸鏈單元37的兩個平行分布的直梁型柔性鉸鏈。
[0009] 本發(fā)明的有益效果為：
[001 0] 1.本發(fā)明所述的一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺，可以實 現(xiàn)高頻率、大幅值的圓周運動，從而產(chǎn)生幅值穩(wěn)定度和頻率穩(wěn)定度高的徑向振動加速度，因 此可以用來標(biāo)定壓電式加速度傳感器的橫向靈敏度，標(biāo)定效率高、成本低；
[0011] 2.本發(fā)明所述的平面二軸振動發(fā)生裝置，采用壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動，響應(yīng)速度快， 終端平臺的位移信息通過長度計進行采集和反饋，控制方式簡單方便，產(chǎn)生的振動加速度 的軌跡跟蹤精度高；
[0012] 3.本發(fā)明所述的柔性鉸鏈機構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，采用一體式加工制造，具有較高的 固有頻率，較大的工作行程和良好的解耦特性。
[0013] 4.本發(fā)明所述的柔性鉸鏈機構(gòu)，以直梁型鉸鏈為基礎(chǔ)，采用兩個直梁型柔性鉸鏈 的組合形式連接各部件進行構(gòu)型，該組合形式可以有效的減小機構(gòu)運動方向的剛度，同時 增加非運動方向的剛度。輸入平臺與終端平臺之間的鉸鏈單元尺寸比輸入平臺與剛性聯(lián)接 基體之間的鉸鏈單元尺寸小，且整體機構(gòu)采用對稱形式分布，保證了機構(gòu)的性能要求。終端 平臺聯(lián)接塊為中空結(jié)構(gòu)，可以有效降低其質(zhì)量，增加終端平臺的負(fù)載質(zhì)量。
【附圖說明】
[0014]圖1為橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為柔性鉸鏈機構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3為終端平臺轉(zhuǎn)換塊示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明提出一種面向壓電式加速度傳感器橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺，下面結(jié)合附 圖和具體的實施例對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。該振動臺由柔性鉸鏈機構(gòu)固定在平面二軸振動 發(fā)生裝置上構(gòu)成。
[0018] 如圖1所示為橫向靈敏度標(biāo)定的振動臺結(jié)構(gòu)示意圖：在平面二軸振動發(fā)生裝置的 氣浮隔振臺1上固定柔性鉸鏈機構(gòu)2;在對應(yīng)于柔性鉸鏈機構(gòu)2的右端和下端分別固定第一 輸入平臺聯(lián)接塊3和第二輸入平臺聯(lián)接塊4;第一輸入平臺聯(lián)接塊3通過其上的螺紋與第一 壓電陶瓷驅(qū)動器5連接，第二輸入平臺聯(lián)接塊4通過螺紋與第二壓電陶瓷驅(qū)動器6連接，并保 證第一壓電陶瓷驅(qū)動器5和第二壓電陶瓷驅(qū)動器6的導(dǎo)線接口豎直向上;第一壓電陶瓷驅(qū)動 器5的端部與第一軸端擋板7的中間凸臺接觸，第二壓電陶瓷驅(qū)動器6的端部與第二軸端擋 板8的中間凸臺接觸;第一軸端擋板7通過螺栓與柔性鉸鏈機構(gòu)2的剛性聯(lián)接基體25右端外 側(cè)連接，第二軸端擋板8通過螺栓與柔性鉸鏈機構(gòu)2的剛性聯(lián)接基體25下端外側(cè)連接，在柔 性鉸鏈機構(gòu)2的中間部分的終端平臺20上固定終端平臺轉(zhuǎn)換塊9;終端平臺轉(zhuǎn)換塊9的上表 面固定傳感器螺紋接頭10;傳感器螺紋接頭10上連接被測壓電式加速度傳感器11，并保證 其敏感軸沿豎直方向；柔性鉸鏈機構(gòu)2的左端和上端的剛性聯(lián)接基體25上表面分別與第一 安裝支座12和第二安裝支座13的部分下表面接觸;第一安裝支座12和第二安裝支座13的其 余部分下表面固定在氣浮隔振臺1上;第一安裝支座12和第二安裝支座13上表面分別安裝 有第一長度計14和第二長度計15;第一長度計14通過第一夾緊蓋板16和第一夾緊支座17固 定在第一安裝支座12上表面;第二長度計15通過第二夾緊蓋板18和第二夾緊支座19固定在 第二安裝支座13的上表面。
[0019] 如圖2所示的柔性鉸鏈機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是:在柔性鉸鏈中間部分設(shè)置，終端平臺20的右 邊設(shè)置第一輸入平臺21、終端平臺20的下邊設(shè)置第二輸入平臺22、終端平臺20的左邊設(shè)置 第三輸入平臺23、終端平臺20的上邊設(shè)置第四輸入平臺24、柔性鉸鏈機構(gòu)2的四周為剛性聯(lián) 接基體25;其中第一輸入平臺21和剛性聯(lián)接基體25之間通過第一鉸鏈單元26和第二鉸鏈單 元27連接，第二輸入平臺22和剛性聯(lián)接基體25之間通過第三鉸鏈單元28和第四鉸鏈單元29 連接，第三輸入平臺23和剛性聯(lián)接基體25之間通過第五鉸鏈單元30和第六鉸鏈單元31連 接，第四輸入平臺24和剛性聯(lián)接基體25之間通過第七鉸鏈單元32和第八鉸鏈單元33連接； 所述第一輸入平臺21和終端平臺20之間通過第九鉸鏈單元34連接，第二輸入平臺22和終端 平臺20之間通過第十鉸鏈單元35聯(lián)接，第三輸入平臺23和終端平臺20之間通過第十一鉸鏈 單元36聯(lián)接，第四輸入平臺24和終端平臺20之間通過第十二鉸鏈單元37聯(lián)接；
[0020] 所述第一鉸鏈單元26、第二鉸鏈單元27、第三鉸鏈單元28、第四鉸鏈單元29、第五 鉸鏈單元30、第六鉸鏈單元31、第七鉸鏈單元3