具有差动涡流感测的热不敏感的开环悬置质量加速度计

摘要

一种热不敏感的开环悬置质量加速度计，其利用横向几何形状以附接主体/挠曲体/检测质量，使得由于加速度计上的热梯度或一个挠曲体相对于另一个挠曲体的体积温度变化引起的热膨胀效应导致检测质量的最小或无轴向位移。在这种几何形状中，可以堆叠多个挠曲体以达到所需的刚度，从而降低制造成本和任何公差问题，而不会影响热敏感性。加速度计适当地设计成具有径向对称性。加速度计适当地设计成至少为检测质量和主体使用低CTE材料，以及使用低热膨胀差动涡流传感器头。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及公布于2014年6月12日的题为“具有差动涡流感测的热不敏感的开环悬置质量加速度计”的美国专利公开US2014/0157897，其由此以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及加速度计，并且更具体地，涉及一类热不敏感的悬置质量加速度计，其使用差动涡流感测，从而以更低的成本和更高的可靠性提供改进的敏感性。

背景技术

基本的开环加速度计由附接到弹簧或挠曲体的检测质量组成。将质量限制成只能与弹簧一致地移动。加速度会导致质量偏移。对质量的位移进行测量。加速度从位移、质量和弹簧常数的值获得。系统不得在共振下驱动，这可能导致其超出其行程极限并降至最低点。实现此的一种方法是对系统进行阻尼。另一种方法是将加速度计安装在隔离系统上。通常，闭环加速度计通过使用反馈回路来消除偏移，进而保持质量接近静止，从而实现更高的性能。每当质量偏移时，反馈回路使电线圈对质量施加相同的负力，从而抵消运动。加速度来源于施加的负力的量。由于质量几乎没有运动，弹簧和阻尼系统对非线性的敏感性大大降低。此外，这种加速度计提供了超过感测元件的固有频率的增加的带宽。(摘自维基百科“惯性导航系统”和“加速度计”)。

从概念上讲，加速度计作用为在弹簧上的阻尼质量。当加速度计经历加速时，质量位移到弹簧能够以与加速度计主体相同的速率加速质量的点。然后测量位移以给出加速度。

加速度计的性能主要是其偏置稳定性和尺度因子误差的组合。偏置稳定性是在实际加速度为零的情况下由装置测量的加速度。在装置没有加速的情况下，由于装置和电子器件的缺陷，读数将不为零。尺度因子误差反映与实际加速度成比例的误差。例如，如果装置以1g(32英尺/秒/秒)[1g为32.2英尺/秒/秒或9.8米/秒/秒]加速且装置读出为1.1g，则尺度因子误差为10％。

2014年6月12日公布的题为“具有差动涡流感测的悬置质量加速度计”并转让给Raytheon Company的美国专利公开US2014/0157897介绍了一类新型开环加速度计，其以更低的成本和更高的可靠性提供改进的性能。如图5A和5B所示以及如段落[0046]中所述，不包括电子器件的开环悬置质量加速度计100的实施例包括金属单件101(例如，Ti 6Al-4V或17-4PH不锈钢)，其机械加工以形成主体102、顶部和底部挠曲体104和106、以及检测质量108，所述检测质量在内部腔体109内部悬置在挠曲体之间以沿着穿过主体中心的轴线110偏移。每个挠曲体包括三个挠曲腿，其以120°间隔。每个挠曲腿在检测质量108和主体102之间沿轴向方向附接。涡流传感器头112和114沿着轴线110延伸穿过主体中的孔并且穿过挠曲体。为了将传感器头靠近检测质量定位，传感器头包括通常长度为0.25至0.5英寸的中空不锈钢圆柱体。在圆柱体的端部处为铜线的线圈，其用于感测/测量。铜线圈和安装表面(距离0.25至0.5英寸)之间是：钢制圆柱体、G10和各种环氧树脂。

发明内容

以下是发明内容以提供对本发明的一些方面的基本理解。本发明内容不旨在识别本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式给出本发明的一些概念，以作为稍后给出的具体实施方式和定义权利要求的前序。

Raytheon的开环悬置质量加速度计的测试表明，为了实现所需的偏置稳定性和尺度因子误差性能，需要对此原始设计进行严格的热控制。特别地，轴向或横向温度梯度可能产生错误加速度。

本发明提供了一种热不敏感的开环悬置质量加速计，其解决原始设计的热限制。在不同的实施例中，主体/挠曲体/检测质量的附接几何形状改变成使得由于加速度计上的热梯度或一个挠曲体相对于另一个挠曲体的体积温度变化引起的热膨胀效应导致检测质量的最小或无轴向位移。在这种几何形状中，可以堆叠多个挠曲体以达到所需的刚度，从而降低制造成本和任何公差问题，而不会影响热敏感性。加速度计适当地设计成具有径向对称性。加速度计适当地设计成至少为检测质量和主体使用低CTE材料，以及使用低热膨胀差动涡流传感器头。

在一个实施例中，主体形成有阶梯式内部腔体，其限定在内部腔体的相对两侧上但偏离内部腔体的端部的第一平行安装表面和第二平行安装表面。第一挠曲组件的安装表面附接到主体的第一平行安装表面和朝向检测质量的一个端部的安装表面两者。第二挠曲组件的安装表面附接到主体的第二平行安装表面和朝向检测质量的另一个端部的安装表面两者。结果，对于第一挠曲组件和第二挠曲组件中的每一个而言，主体/挠曲组件/检测质量的附接位于垂直于检测质量的轴向位移的两个不同的横向平面中。对于各个挠曲组件而言，附接部位之间的轴向距离近似为零。这最小化(或消除)由于温度梯度造成的错误加速度。

在一个实施例中，每个挠曲组件包括多个挠曲体的竖向堆叠以提供指定的刚度。主体/挠曲组件/检测质量的附接保持在相同的横向平面中，并且因此不会影响加速度计的热稳定性。单独的挠曲体与具有相同指定刚度的单一挠曲体相比更容易且更便宜地制造。

在一个实施例中，每个涡流传感器头包括在基板上的千分之几英寸厚的光刻限定的单层线圈。由于传感器头很薄，所以CTE效应很小。由于线圈是光刻限定的，所以传感器头对之间的差异最小。低CTE进一步减少了由于轴向热梯度引起的热膨胀效应。线圈适当地光刻限定在薄的低CTE载体(其围绕轴线安装在主体的紧邻检测质量的相对端部处的平行安装表面上)上，或者直接光刻限定在主体上。检测质量的端部适当地延伸通过挠曲组件以紧邻定位在主体的相对两端处的传感器头。检测质量是阶梯式的以使得其安装表面与端部偏离以允许端部延伸通过挠曲组件。

在一个实施例中，加速度计(主体/挠曲体/检测质量)设计成具有径向对称性，其中加速度计沿着任何直径具有相同的设计和性质。换句话说，加速度计中的位置与距轴线相同距离处的距此位置180度的位置具有相同的设计和性质。在不同的实施例中，挠曲组件可以包括柔性盘或十字形挠曲体。径向对称性减少了由于横向热梯度引起的热膨胀效应。

在一个实施例中，加速度计使用具有低CTE的材料来实现，其小于每摄氏度百万分之2(ppm/C)。特别地，可以利用低CTE材料来实现主体和检测质量。许多标准的低CTE材料不能提供实现挠曲体所需的顺应性。然而，挠曲体可以使用表现出零CTE的复合材料来实现。

在一个实施例中，加速度计利用至少0.01Kg的检测质量来实现，并且在没有严格的热控制的情况下表现出<10微g的偏置和小于10ppm的尺度因子误差。通过比较，我们的热不敏感的设计与原始设计相比对轴向和横向温度梯度效应的敏感性分别降低了3倍和10倍。

通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的，其中：

附图说明

图1是具有差动涡流感测的热不敏感的开环悬置质量加速度计的示意性框图；

图2A至2D是不包括电子器件的热不敏感的开环悬置质量加速度计的一个实施例的不同视图；

图3A和3B是示出其各自的对称性的悬置质量加速度计的原始设计和新设计的平面图；

图4A和4B是悬置质量加速计的原始设计和新设计的主体/挠曲体/检测质量的附接几何形状的图示；

图5A和5B分别是在原始设计和新设计中使用的传感器头的图；

图6A和6B分别是在原始设计和新设计中使用的挠曲体的图；

图7A和7B分别是示出将轴向温度梯度应用到原始设计和新设计的图；以及

图8A和8B分别是示出将横向温度梯度应用到原始设计和新设计的图。

具体实施方式

Raytheon的开环悬置质量加速度计(在美国专利公开US2014/0157897中描述)以及在本文中被称为“原始设计”的测试表明，为了实现所需的偏置稳定性和尺度因子误差性能，需要对此原始设计进行严格的热控制。特别地，轴向或横向温度梯度可能产生错误加速度。

本发明提供了一种热不敏感的开环悬置质量加速计，其解决原始设计的热限制。在不同的实施例中，主体/挠曲体/检测质量的附接几何形状改变成使得由于加速度计上的热梯度或一个挠曲体相对于另一个挠曲体的体积温度变化引起的热膨胀效应导致检测质量的最小或无轴向位移。在这种几何形状中，可以堆叠多个挠曲体以达到所需的刚度，从而降低制造成本和任何公差问题，而不会影响热敏感性。加速度计适当地设计成具有径向对称性。加速度计适当地设计成至少为检测质量和主体使用低CTE材料，以及使用低热膨胀差动涡流传感器头。

如图1所示，热不敏感的开环悬置质量加速度计10的实施例包括主体12、第一挠曲组件16和第二挠曲组件18以及检测质量20。主体12具有阶梯式内部腔体14，其限定在内部腔体的相对两侧上但偏离内部腔体的端部的第一平行安装表面50和第二平行安装表面52。第一挠曲组件的安装表面54附接到主体的第一平行安装表面50和朝向检测质量20的一个端部56的安装表面55两者。第二挠曲组件的安装表面58附接到主体的第二平行安装表面52和朝向检测质量20的另一个端部60的安装表面59两者。结果，对于第一挠曲组件和第二挠曲组件中的每一个而言，主体/挠曲组件/检测质量的附接位于不同的横向平面62和横向平面64中，其垂直于检测质量20沿着轴线66的轴向位移。对于各个挠曲组件而言，附接部位之间的轴向距离近似为零。这最小化(或消除)由于温度梯度造成的错误加速度。

第一挠曲组件16和第二挠曲组件18在共线布置中在内部腔体14的相对两侧上附接到主体12。检测质量20附接在第一挠曲组件和第二挠曲组件之间，以便悬置在内部腔体内。检测质量适当地为至少0.01kg，并且更通常为约0.1kg。检测质量限制成沿着轴线66与第一和第二挠曲组件一致地移动。两个挠曲组件具有已知的且适当地相等的刚度。每个挠曲组件可以包括单一挠曲体或多个挠曲体的竖向堆叠以提供指定的刚度。主体/挠曲组件/检测质量的附接保持在横向平面中，并且因此不会影响加速度计的热稳定性。单独的挠曲体与具有相同指定刚度的单一挠曲体相比更容易且更便宜地制造。加速度计适当地配置成提供对检测质量20的运动的阻尼以抑制共振。挠曲组件中的一个可以包括磁体以用于提供磁性阻尼。替代地，加速度计可以安装在隔离系统上，以确保其不会以使得检测质量的运动在共振下超过其行程极限的方式被激励。

加速度计适当地配置成在其它五个自由度(即与轴线66正交的其它两个轴线以及围绕三个线性轴线中的每一个的旋转)上非常刚性。例如，挠曲体可以具有将允许沿着轴线66以100Hz频率位移的刚度，而其它五个自由度中的刚度可以将任何运动限制在1kHz频率左右以最小化装置的交叉耦合。基本上，加速度计配置成仅允许沿着轴线66的运动。可以按特定应用所需为三个平移中的每一个或者为其较小的子集提供加速度计。

加速度计(主体/挠曲体/检测质量)适当地设计成具有径向对称性，其中加速度计沿着穿过轴线66的任何直径具有相同的设计和性质。换句话说，加速度计中的位置与距轴线相同距离处的距此位置180度的位置具有相同的设计和性质。在不同的实施例中，挠曲组件可以包括柔性盘或十字形挠曲体。径向对称性减少了由于横向热梯度引起的热膨胀效应。

加速度计适当地使用具有低CTE的材料来实现，其小于每摄氏度百万分之2(ppm/C)。这将包括许多玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料以及黑色金属合金殷钢及其衍生物。一些样品材料包括(但不限于)：ULE(超低膨胀)玻璃、Zerodur玻璃、石英晶体、殷钢(invar)、超级殷钢和石墨复合材料。

特别地，可以利用低CTE材料来实现主体和检测质量。许多标准的低CTE材料不能提供实现挠曲体所需的顺应性。然而，挠曲体可以使用表现出零CTE的复合材料来实现。

加速度计包括差动涡流传感器以感测检测质量20沿轴线66的位移。传感器包括第一传感器头26和第二传感器头28，其在内部腔体14内部在检测质量20的相对两侧上以距离d1和d2定位在主体12上，距离随着检测质量沿着轴线66移动而相反地增大和减小。传感器头可以如图所示邻近挠曲体定位，或者可以定位在挠曲体内并与其共线。检测质量20适当地具有阶梯式轮廓，使得检测质量20的端部56和60在主体12的每个端部处延伸穿过靠近传感器头26和28的挠曲组件16和18。

每个传感器头包括响应于来自公共振荡器30的交流驱动信号29的基准线圈以产生振荡磁场31。在一个优选实施例中，每个传感器头包括在基板上的千分之几英寸厚的光刻限定的单层线圈。由于传感器头很薄，所以CTE效应很小。由于线圈是光刻限定的，所以传感器头对之间的差异最小。低CTE效应进一步减少了由于轴向热梯度引起的热膨胀效应。

磁场在检测质量20中感应涡流32，其产生抵抗由基准线圈产生的磁场31的反向磁场34。对于正常的经校准的操作，检测质量上的目标表面至少应为传感器头直径的三倍；否则，可能需要特殊校准。由于检测质量与对应于无加速度的零值位置的位移d引起的基准线圈与检测质量之间的距离(d1或d2)的任何变化引起改变输出信号36的磁场相互作用的改变。通常，输出信号36是通过场相互作用已经在相位或幅度上改变的驱动信号29。

如果检测质量20比起底部传感器头28更靠近顶部传感器头26，则在检测质量中由于顶部传感器头26引起的涡流大于由于第二传感器头28(其更远)引起的涡流。进而，比起底部传感器头28中的激励，这将更多改变顶部传感器头26中的激励。由传感器头感知的阻抗随检测质量的位移而差动地改变。因此，输出信号36被差动地改变。在一个实施例中，输出信号36是已经在相位或幅度上差动地改变的驱动信号29。

加速器电子器件40包括三个功能块；振荡器30、差动位移电路42和距离至加速度转换电路44。振荡器30提供公共驱动信号29以激励传感器头26和28。差动位移电路42比较来自传感器头26和28的输出信号36，以提供与检测质量20沿轴线66的位移d成比例的输出46。

在一个实施例中，差动位移电路42包括：调谐阻抗(例如，串联连接的电容器和电阻器)，其与传感器头1 26的基准线圈串联连接以形成谐振电路；调谐阻抗(例如，串联连接的电容器和电阻器)，其与传感器头2 28的基准线圈串联连接以形成谐振电路；和阻抗变化检测器。谐振电路可以调谐成具有相同或不同的谐振频率。在一个实施例中，一个电路的谐振频率略大于驱动电流的频率，以及另一个电路的谐振频率略小于驱动电流的频率。

当每个基准线圈由交流驱动电流29驱动时，产生在检测质量20中感应涡流的振荡磁场。在检测质量中感应的涡流在由并联电感器和电阻器连接表征的涡流阻抗中沿着产生与基准线圈的磁场相反的次级磁场的方向循环，从而减小基准线圈中的磁通量并由此减小基准线圈电感。涡流也耗散能量，从而增加基准线圈的有效电阻。

基准线圈构成弱耦合空气芯变压器的初级线圈和检测质量构成弱耦合空气芯变压器的(短路的)次级线圈。检测质量的位移改变了耦合，并且该位移反映为基准线圈的端子处的阻抗改变，其进而产生改变的驱动电流36。随着检测质量接近基准线圈，电感降低并且反射电阻增加。通过电子地比较两个改变的传感器头驱动电流中的阻抗变化(诸如幅度和/或相位变化)，可以精确地确定两个传感器头之间的相对位移。

输出46可以是电压或电流信号，其表征作为与位移d成比例的输出信号(例如，改变的驱动信号)的相位或幅度测量的阻抗变化。在知道检测质量的质量、弹簧常数(挠曲体的刚度)和任何校准系数的情况下，距离至加速度电路44将输出46转换成检测质量的加速度48。这两个功能电路可以例如是单独的模拟和数字电路，或者可以例如是单个电路，在这种情况下输出46可以是内部参数。

差动位移电路42或距离至加速度电路44可以执行将输出46转换为位移d的中间步骤。如图所示，距离至加速度电路执行转换。对于给定的传感器头，Lsnr(d/r)＝Ls*(1-K e^-A(d/r))，其中d是线圈到检测质量的间距，Lsnr是总传感器电感(标称值加上感应的涡流)，Ls是当检测质量无限远(d＝无穷大)时的基准线圈电感，K＝0.5至0.75(对于典型检测质量材料)，A是取决于检测质量材料的常数，以及r是基准线圈绕组半径。类似地，总传感器电阻是Rsnr(d/r)＝Rs*(1+Ce^-B(d/r))，其中B和C是取决于检测质量材料的常数并且B>A并且C<K。随着d的增加，电感的相对增加比反射电阻的减小更为显著。因此，基准线圈电感的变化是涡流感测的基础。来自输出46的差动相位或幅度映射到差动阻抗中的变化。通过上述等式，阻抗中的此变化与距离d有关。

一旦已知位移d，胡克定律可以推断作用在弹簧上的力F，即F＝kd，其中k是弹簧常数。一旦已知力F，加速度通过牛顿定律F＝Ma确定，其中M是检测质量的质量。如前所述，胡克定律假定弹簧常数k在可能的位移范围内实际上是恒定的，严格地说，这在战略等级性能所需的性能水平上是不正确的。此外，由于非完美的电子器件以及有时感测机构的物理特性，传感器本身具有非线性。涡流传感器头的差动拓扑具有此优点：当检测质量远离一个传感器头时，它同时靠近另一个传感器头。因此，在没有任何进一步补偿的情况下，系统输出更线性。此外，通过校准和应用校准系数来计算位移或加速度，去除弹簧常数以及传感器的任何剩余的非线性更为简单。由于差动涡流传感器的热稳定性和线性，加速度48基本上与检测质量在指定运动范围内的位移d成线性关系。

现在参考图2A至2D，不包括加速度计电子器件的热不敏感的开环悬置质量加速度计100的一个实施例包括主体102，所述主体具有阶梯式内部腔体104，所述内部腔体限定在内部腔体的相对两侧上的垂直于轴线110但偏离内部腔体的端部的第一平行安装表面106和第二平行安装表面108。适当地至少0.01kg的检测质量112具有阶梯式轮廓，其限定偏离检测质量的相对端部118和120的第三平行安装表面114和第四平行安装表面116。

第一挠曲组件122具有第五安装表面124，其在大致垂直于轴线110的第一横向平面126中的不同横向位置处附接到主体的第一平行安装表面106和检测质量的第三平行安装表面114。第一挠曲组件包括多个盘(挠曲体)130的堆叠128，每个盘(挠曲体)均沿轴线呈柔性。盘130适当地通过间隔件131分隔以防止盘在检测质量沿轴线移动时彼此摩擦。设计具有小于所需硬度的每个盘并将它们堆叠以将总刚度增加到指定值简化并降低了制造成本。由于挠曲体的堆叠等效于平行弹簧，增加附加的挠曲体通过简单的加法(这等效于将电阻器串联增加到电路中)增加了总体刚度。如果替代地弹簧串联(如图6A所示)，增加附加的挠曲体会降低总体刚度(等效于将电阻并联增加到电路中)。由于堆叠在横向平面上将检测质量附接到主体，因此不会影响对轴向温度梯度的敏感性。在堆叠内使用多个盘往往会抵消任何随机的制造变化。检测质量的端部118延伸穿过柔性盘的堆叠。

第二挠曲组件132具有第六安装表面134，其在大致垂直于轴线110的第二横向平面136中的不同横向位置处附接到主体的第二平行安装表面108和检测质量的第四平行安装表面116。第二挠曲组件包括多个盘140(通过间隔件分隔)的堆叠138，每个盘均沿轴线110呈柔性。检测质量的端部120延伸穿过柔性盘的堆叠。

对于第一挠曲组件和第二挠曲组件中的每一个而言，主体/挠曲组件/检测质量的附接位于垂直于检测质量的轴向位移的两个不同的横向平面中。对于各个挠曲组件而言，附接部位之间的轴向距离近似为零。这最小化(或消除)由于轴向温度梯度造成的错误加速度。

挠曲组件对在开环构造(无反馈控制)中将检测质量限制成以～100Hz的谐振沿轴线110在轴向方向上移动。主体限制在垂直于轴线110的非顺性方向上的移动或围绕任何轴线旋转的移动以减少横向加速度到主感测轴线中的不期望的交叉耦合。这些其它模态都大于顺性方向的频率(在这种情况下为100Hz)的～10倍，并且不会在名义上导致感测运动。

在本实施例中，第一平行安装表面106和第三平行安装表面114是围绕轴线110的同心的第一环形表面和第二环形表面，其位于第一横向平面126中，并且所述第二平行安装表面108和第四平行安装表面116是围绕轴线的同心的第三环形表面和第四环形表面，其位于第二横向平面136中。

在本实施例中，挠曲组件使用螺母和螺栓附接到主体和检测质量。围绕外周定位的第一多个螺栓141延伸穿过柔性盘的第一堆叠、主体和柔性盘的第二堆叠。相同数量的多个螺母142螺纹联接到螺栓141上以将主体夹在挠曲组件之间以将盘附接到主体。围绕内周定位的第二多个螺栓144延伸穿过柔性盘的第一堆叠、主体和柔性盘的第二堆叠。相同数量的多个螺母146螺纹联接到螺栓144上以将检测质量夹在挠曲组件之间以将盘附接到检测质量。可以使用不同的机构来在所描述的横向附接几何形状中将挠曲组件附接到主体和检测质量。

第一传感器头150和第二传感器头152在检测质量112的相对两侧上沿着轴线110以距离d1和d2定位在主体的相对两端上，距离随着检测质量沿着轴线移动而相反地增大和减小。每个传感器头具有光刻限定的单层基准线圈，所述基准线圈响应于交流驱动信号以产生振荡初级磁场，所述初级磁场在检测质量中感应涡流，所述涡流产生相反次级磁场，所述次级磁场抵抗由基准线圈产生的初级磁场。基准线圈和检测质量之间距离的任何变化都会引起磁场相互作用的变化，其对交流驱动信号产生差动改变。单层基准线圈可以直接光刻地限定在被组装以形成主体的端盖158或160上，或者可以限定在薄的低CTE载体上，所述载体在内部腔体内附接到主体的端部。低CTE传感器头降低了对轴向温度梯度的敏感性。

至少主体和检测质量适当地由热膨胀系数(CTE)小于每摄氏度百万分之二的材料形成。这将包括许多玻璃、陶瓷、碳纤维复合材料以及黑色金属合金殷钢及其衍生物。一些样品材料包括(但不限于)：ULE(超低膨胀)玻璃、Zerodur玻璃、石英晶体、殷钢和超级殷钢。这些材料中的大多数不适合形成挠曲体，因为它们通常太刚性。挠曲体可以由CTE大于2ppm/C°的材料(诸如铝)形成。替代地，挠曲体可以由碳纤维复合材料形成，其表现接近零的CTE。低CTE材料降低了对横向热温度梯度的敏感性。

加速度计具有围绕轴线110的径向对称性。整个加速度计；主体、挠曲组件、检测质量和传感器头的结构和热膨胀性质在加速度计的任何位置处和距离该位置180度的位置都是相同的。径向对称性降低了对横向热温度梯度的敏感性。

在其中温度梯度小于10毫开尔文的环境中，加速度计具有测量的加速度，其中偏置小于10微g以及尺度因子误差小于百万分之10。

图3A-3B、图4A-4B、图5A-5B、图6A-6B、图7A-7B和图8A-8B比较了原始设计和当前热不敏感设计的对称性、附接几何形状、传感器头设计、挠曲组件设计、对轴向温度梯度的敏感性和对横向温度的敏感性。

现在参考图3A和3B，原始设计具有3腿式几何形状300，其中3个挠曲体302以120度的间隔隔开。这个几何形状不是径向对称的。与挠曲体上的任何位置成180度的位置并不位于类似的挠曲体上。因此，结构或热膨胀性质都不会具有径向对称性。如图4所示，当前设计具有由传感器头、检测质量、挠曲组件和主体表现的圆形几何形状304。这个几何形状是径向对称的。在加速度计内与任何位置308距离180度的位置306(距轴线的距离相同)表现出相同的结构和热膨胀特性。另一个示例将是十字形“+”几何形状，其既可以用于所有组件，也可以仅用于将是径向对称的挠曲组件。径向对称性降低了对横向温度梯度的敏感性，如下：横向梯度导致组件的一侧(具有较高温度的侧)在轴向长度上增长，以及另一侧(具有较低温度)在轴向长度上减小。如果组件两侧的几何形状相同(即径向对称)，则一侧轴向长度上增加的量(或距离)与另一侧轴向长度上的减小相同。这样的净效果是加速度计的中心(其中传感器头测量位移的位置)在长度上没有变化，因为一侧的变化完全由另一侧的变化抵消。

现在参考图4A和4B，用于加速度计的原始设计包括连接到加速度计主体402的检测质量400，其中在两个端部中的每一个处具有挠曲体404。在重力或任何其它加速度的影响下，检测质量相对于主体沿着加速度计的轴线以直线移动-此移动的方向定义了加速度计的“轴向方向”。垂直于该轴线的两个方向是“横向方向”。在原始设计中，挠曲体404放置成使得主体402、挠曲体404和检测质量402沿着轴向方向彼此连接。换句话说，主体、检测质量和挠曲体之间的连接发生在两个横向方向上的相同位置处，但是在轴向方向上的不同位置处。

用于加速度计的新设计包括连接到加速度计主体412的检测质量410，其中在两个端部中的每一个处具有挠曲体414。在重力或任何其它加速度的影响下，检测质量相对于主体沿着加速度计的轴线以直线移动-此移动的方向定义了加速度计的“轴向方向”。垂直于该轴线的两个方向是“横向方向”。在新的加速度计设计中，挠曲体414放置成使得主体412、挠曲体414和检测质量410沿着横向方向彼此连接。换句话说，主体、检测质量和挠曲体之间的连接发生在轴向方向上的相同位置处，但是在横向方向上的不同位置处。这种改变的效果是，在新设计中，如果挠曲体414沿轴向方向经历长度上的差动改变(由于热梯度)，则检测质量410不会位移。在原始设计中，如果挠曲体404沿轴向方向经历长度上的差动改变(由于热梯度)，则检测质量400位移。这种改变意味着新设计对沿着轴向方向的热梯度较不敏感。这意味着要实现相同的性能，新设计需要较不严格的热控制。此外，新设计可以使用较宽范围的挠曲体设计-即随温度在长度上经历较大的轴向变化(较高的热膨胀系数和/或较大的轴向长度)的挠曲体。

现在参考图5A和5B，用于加速度计的原始设计包括传感器头500，其必须延伸穿过主体中的孔并且穿过挠曲体以接近检测质量。传感器头500包括在基板504上的中空不锈钢圆柱体502，通常其长度为0.25至0.5英寸。在圆柱体的端部处为铜线线圈506。铜线圈和基板(距离0.25至0.5英寸)之间是：钢制圆柱体502、G10和各种环氧树脂508、510和512。这些材料都不是低CTE的。此外，环氧树脂还经受制造公差-即每个传感器头具有不同量的这些材料，并且因此每个传感器头具有不同的CTE。

新设计是用光刻工艺(类似于印刷电路)限定的千分之几英寸厚(<0.01英寸厚)的单层线圈520。由于传感器头很薄，所以CTE效应很小(长度变化＝CTE*温度变化*长度(即厚度))。此外，由于传感器头是用光刻工艺制造的，而不是用不同数量的(高CTE)环氧树脂胶合在一起的手工缠绕的铜线圈，所以对于两个传感器头中的每一个而言，CTE都是均匀的。单层线圈520可以直接光刻地限定在被组装以形成主体的端盖522上或者在附接到主体的端部的薄的低CTE载体上。

现在参考图6A和6B，在用于加速度计的原始设计中，每个挠曲组件包括围绕轴线以120度间隔间隔开的三个挠曲体600。每个挠曲体600沿轴向方向将检测质量602连接到主体604。为了实现设计的刚度，挠曲体在轴向方向(圈数)和材料厚度上具有给定的长度。材料越厚，挠曲体越刚性。圈数越多(挠曲体越长)，挠曲体越柔性。制造具有更多、更厚的圈的挠曲体更容易、更便宜、且更具有可重复性。然而，如此做会增加挠曲体的轴向长度，这使得加速度计更容易受到轴向温度梯度的影响。

如图6B所示，在新设计中，每个挠曲组件可以包括一个或多个挠曲体610的堆叠(由间隔件611分隔)。堆叠沿着横向方向将检测质量612连接到主体614。安装表面/位置不发生变化-检测质量、挠曲组件和壳体仍在同一轴向位置处沿横向平面安装。因此，在不会对热敏感性产生负面影响的情况下，可以获得实施挠曲体的堆叠的制造益处。

现在参考图7A和7B，在原始设计的加速度计700和图2A-2D所示的设计(为了清楚起见，去除了盖)的加速度计702上施加1开氏度的轴向温度梯度。对于1K梯度，原始设计记录了4.33e^-3G的感知加速度。对于1K梯度，新设计记录了1.46e^-3G的感知加速度，其表示轴向温度梯度效应减小到三分之一。

现在参考图8A和8B，在原始设计的加速度计800和图2A-2D所示的设计(为了清楚起见，去除了盖)的加速度计802上施加1开氏度的横向温度梯度。对于1K梯度，原始设计记录了1.39e^-3G的感知加速度。对于1K梯度，新设计记录了1.40e^-4G的感知加速度，其表示轴向温度梯度效应减小到十分之一。

尽管已经示出和描述了本发明的几个说明性实施例，但是本领域技术人员将想到许多变化和替代实施例。考虑到这样的变化和替代实施例被，并且其可以在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下作出。