本發(fā)明涉及測量測試，具體涉及一種圓膜式無線無源加速度傳感器。

背景技術：

1、加速度傳感器是用來感受、輸出與載體運動加速度成一定函數關系的電信號測量裝置，在慣性導航、控制檢測等設備中具有重要作用。近年來聲表面波加速度傳感器作為繼陶瓷、半導體和光纖等傳感器之后發(fā)展起來的一種新型傳感器，因其獨特的無線無源測量方式，在航空、航天領域展現出十分廣闊的應用前景。為了實現無線無源聲表面波加速度傳感器，研究者們開展了多種不同結構的傳感器設計方案并完成了實驗研究。

2、典型的聲表面波加速度傳感器常采用懸臂梁結構。公開號為cn104764902a的中國專利，公開了一種高靈敏度的懸臂梁式聲表面波加速度傳感器，在結構上包括壓電基片、質量振子和基座，在壓電基片固定端的上表面設置有諧振器，且將加速度敏感諧振器中心區(qū)域置于壓電基片受應力最大的根部位置，以提高加速度靈敏度。公開號為cn107238431a的中國專利，公開了一種無線無源懸臂梁式聲表面波加速度傳感器，包括天線、匹配電路、壓電懸臂梁，在壓電懸臂梁自由端的質量振子對應封裝管殼處設置了緩沖材料，通過振動加速度作用使懸臂梁形變，借助于雷達信號收發(fā)模塊，實現對加速度的無線無源檢測。公開號為cn211179886u的中國專利，公開了一種差動測量結構的聲表面波加速度傳感器，包括殼體，殼體內安裝有石英懸臂梁，石英懸臂梁上安裝有聲表面波諧振器，同時設置有線圈、衍鐵等結構，構成差動式電感傳感器，實現更精確的加速度測量。通過分析可以發(fā)現，懸臂梁式聲表面波加速度傳感器具有設計結構簡單、靈敏度高等優(yōu)點，但由于其通過表面設置有聲表面波諧振器的壓電基片分別與基座固定端和質量塊自由端粘接，導致工藝的一致性和穩(wěn)定性較差，且壓電基片脆性高，易損壞；此外結構易受軸向應變影響，降低使用精度。

3、此外，公開號為cn110095634a的中國專利，公開了一種杠桿式雙向聲表面波加速度傳感器，包括金屬外殼、活動軸承、剛性杠桿、慣性質量塊、壓力傳遞桿、聲表面波傳感器器件等多個部分，利用杠桿原理增大所要測試的力。經對比可知，杠桿式聲表面波加速度傳感器結構復雜，所需組合部件較多，工藝實現難度大。

技術實現思路

1、本發(fā)明是為了解決加速度傳感器的制備難度大、使用精度差的問題，提供一種圓膜式無線無源加速度傳感器，采用圓膜作為形變結構，取代了常用懸臂梁式結構中壓電基片的形變結構，可有效避免懸臂梁式結構的工藝一致性差、穩(wěn)定性差、易損壞和易受軸向應變影響等問題；同時在質量塊頂端設置有天線，可實現無線無源測量，具有整體結構簡單、集成度高等特點。

2、本發(fā)明提供一種圓膜式無線無源加速度傳感器，包括從下至上依次連接的圓膜結構、質量塊、天線，連接在圓膜結構、質量塊之間的信號轉接板，聲表面波諧振器，將信號轉接板，聲表面波諧振器連通的金屬引線，將信號轉接板與天線連通的射頻線纜，和連接在圓膜結構、質量塊、天線外部的天線罩；

3、圓膜結構包括依次連接的底座、中心支柱和圓膜，底座為平板結構，中心支柱垂直連接在底座和圓膜之間并與圓膜共軸，圓膜包括與中心支柱垂直連接的圓膜底面和連接在圓膜底面外周的圓環(huán)結構，圓膜底面為隨加速度變動部位，質量塊的底部外側臺階嵌入圓環(huán)結構中；信號轉接板連接在圓膜底面的中心處且位于中心支柱上部，聲表面波諧振器連接在圓膜底面上且位于信號轉接板一側；

4、當傳感器受到加速度作用時，圓膜底面的應力應變變化將傳遞至聲表面波諧振器上并引起聲表面波諧振器諧振頻率變化以進行加速度測量。

5、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，圓膜結構的材料為金屬，圓膜結構可為一體式軸對稱結構；

6、質量塊與圓環(huán)結構的連接方式、質量塊與天線的連接方式均為粘接或焊接。

7、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，圓膜結構的材料為以下任意一種：不銹鋼、鋁、銅及金屬合金。

8、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，質量塊包括質量塊本體、連接在質量塊本體中心處的圓孔和連接在質量塊本體側面底部的臺階，質量塊為軸對稱結構；

9、質量塊本體為圓柱結構，圓孔位于中心支柱、信號轉接板的上方，臺階為圓環(huán)缺口且與圓環(huán)結構的上部連接，臺階高度小于圓環(huán)結構的高度；

10、射頻線纜穿過圓孔與天線電連接；

11、質量塊本體的材質為高比重合金材料。

12、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，質量塊本體外徑與圓環(huán)結構的外徑相同，臺階的內徑小于圓環(huán)結構的內徑，質量塊本體與圓環(huán)結構連接后外表面位于同一圓周上；

13、天線的外殼直徑與質量塊本體外徑、圓環(huán)結構外徑均相同。

14、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，天線為螺旋天線或平面天線；

15、圓膜式無線無源加速度傳感器受加速度作用時，信號轉接板無應力應變影響；

16、信號轉接板的直徑小于等于中心支柱的外徑；

17、聲表面波諧振器包括壓電基片和連接在壓電基片表面的金屬電極，聲表面波諧振器的長度小于圓膜底面的半徑，聲表面波諧振器的聲波傳播方向與圓膜底面的徑向方向平行；

18、壓電基片的材料為以下任意一種：壓電石英、壓電鈮酸鋰、壓電鉭酸鋰，金屬電極的材料為以下任意一種：鋁、金、鉑。

19、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，天線罩高度大于圓膜結構、質量塊和天線組裝后的高度之和，天線罩可限制質量塊的運動行程；

20、天線罩與底座通過粘接或螺紋方式連接；

21、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，天線罩的材料為以下任意一種：abs、pps、peek。

22、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，聲表面波諧振器的數量為至少兩個。

23、本發(fā)明所述的一種圓膜式無線無源加速度傳感器，作為優(yōu)選方式，圓膜式無線無源加速度傳感器的測量方法包括以下步驟：

24、s1、將信號轉接板連接在中心支柱上部的圓膜底面上，將聲表面波諧振器連接在圓膜底面的一側，將信號轉接板通過金屬引線與聲表面波諧振器電連接，將射頻線纜一端與信號轉接板電連接；

25、再將質量塊連接在圓環(huán)結構上，然后將射頻線纜穿過質量塊的圓孔；

26、最后將天線連接在質量塊上表面，并與射頻線纜連接；

27、s2、加速度作用時，圓膜底面產生應力變化并傳遞至聲表面波諧振器，聲表面波諧振器產生頻率變化并通過金屬引線傳遞至信號轉接板，信號轉接板將頻率變化通過射頻線纜傳輸至天線進行輸出，一種圓膜式無線無源加速度傳感器的測量方法完成。

28、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

29、(1)本發(fā)明采用圓膜作為形變結構，取代了常用懸臂梁式結構中壓電基片的形變結構，可有效避免懸臂梁式結構的工藝一致性差、穩(wěn)定性差、易損壞和易受軸向應變影響等問題，具有工藝簡單，易操作的特點。

30、(2)本發(fā)明在圓膜-質量塊結構頂端設置有天線，可有效減小傳感器整體結構尺寸，具有結構簡單、集成度高等特點，結合無線閱讀器讀寫裝置，可實現加速度參數的無線無源測量。

31、(3)本發(fā)明可充分利用圓膜表面空間設置多組聲表面波諧振器，后續(xù)通過優(yōu)化諧振器壓電基片切型、諧振器應力應變影響差異等方式，實現加速度傳感器的溫度補償和靈敏度提升，具有廣闊的應用前景。