專利名稱：新型振動(dòng)加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電學(xué)及敏感技術(shù)領(lǐng)域。特別是涉及振動(dòng)加速度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前振動(dòng)加速度傳感器如葉偉國(guó)，沈國(guó)偉的論文“壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與設(shè)計(jì)”(《傳感器技術(shù)》，2003，第9期)，大多采用石英和壓電陶瓷作為敏感元件，靈敏度普遍不高。另外，雖然國(guó)內(nèi)外關(guān)于鈸式換能器的研究還是一個(gè)熱點(diǎn)，但對(duì)于其應(yīng)用研究尚處于初級(jí)階段。目前還沒(méi)有見(jiàn)到基于鈸式換能器的新型振動(dòng)加速度傳感器研究的報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于鈸式換能器的新型振動(dòng)加速度傳感器。該傳感器具有較高電壓靈敏度。
本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器包括底座為圓臺(tái)形，其上均勻分布三個(gè)支柱，每個(gè)支柱上有安裝螺孔，將圓蓋通過(guò)螺絲和安裝螺孔固定在三個(gè)支柱上。絕緣凸臺(tái)安裝在底座中心的凹槽里。鈸式換能器，絕緣片、質(zhì)量塊和緩沖片依次置于絕緣凸臺(tái)上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)圓蓋上的緊頂螺絲可間接調(diào)整對(duì)鈸式換能器所施加預(yù)壓力的大小。外殼通過(guò)底座上的三個(gè)支柱上的外螺紋固定到底座上，構(gòu)成了新型振動(dòng)加速度傳感器。
本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是1.采用鈸式換能器作為敏感元件，而鈸式換能器的等效壓電常數(shù)大約為普通壓電陶瓷的40倍左右，因此可很大程度上提高傳感器的測(cè)量靈敏度；2.本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器，由于采用了與鈸式換能器金屬電極相同結(jié)構(gòu)的緩沖片，很大程度上提高了傳感器的測(cè)量靈敏度。


圖1本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器的緩沖片示意圖。
圖3本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器底座的俯視圖；圖4本發(fā)明新型振動(dòng)加速傳感器底座的剖面圖；具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器做詳細(xì)描述。
本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器(見(jiàn)圖1)，它包括底座8、鈸式換能器3、質(zhì)量塊4、緩沖片5、底座8上的絕緣凸臺(tái)2和圓蓋6、外殼7和緊頂螺絲9。所述的底座為圓臺(tái)形，底座8由底部方形安裝座、中部圓形臺(tái)及均勻分布在圓形臺(tái)上的三個(gè)弧形支柱構(gòu)成，其上均勻分布三個(gè)支柱，每一支柱頂部均有一安裝螺孔，圓蓋6通過(guò)螺絲和安裝螺孔固定在三個(gè)支柱上。絕緣凸臺(tái)2安裝在底座8中心的凹槽里。底座8側(cè)面有方便引出導(dǎo)線的航空插座接口。鈸式換能器3、絕緣片10、質(zhì)量塊4和緩沖片5由下到上依次置于絕緣凸臺(tái)2上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結(jié)。圓蓋6中心處有一緊頂螺絲9，通過(guò)調(diào)節(jié)緊頂螺絲9可間接地調(diào)整對(duì)鈸式換能器3所施加的預(yù)壓力的大小。外殼7通過(guò)底座8三個(gè)支柱外側(cè)的外螺紋固定在底座8上，構(gòu)成新型振動(dòng)加速度傳感器。
本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器外形為圓柱型。圖1為新型振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器的換能器選用鈸式換能器，選用PZT-5A作為鈸式換能器的壓電材料。緩沖片選用黃銅材料。
質(zhì)量塊4的直徑為18mm，高為5mm，質(zhì)量約為10g。絕緣凸臺(tái)2直徑為10mm，高為4mm。底座8直徑為38mm，高為24mm。緩沖片5直徑為18mm，厚度為0.3mm，帽端直徑為3mm，內(nèi)腔直徑為10mm，深度為2mm。
本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器的測(cè)量工作原理做簡(jiǎn)要描述如下。
如前所述，新型振動(dòng)加速度傳感器安裝到被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)被測(cè)對(duì)象以一定的加速度振動(dòng)時(shí)，傳感器與被測(cè)對(duì)象一起振動(dòng)，傳感器中的質(zhì)量塊4也以相同的加速度振動(dòng)，質(zhì)量塊4產(chǎn)生的慣性力作用在鈸式換能器3上，鈸式換能器3由于壓電效應(yīng)而在上、下電極上產(chǎn)生交變的電荷，該電荷量正比于被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)加速度，因此可以通過(guò)測(cè)量該電荷量來(lái)獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)加速度。
本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器結(jié)構(gòu)配置不變的前提下，改變鈸式換能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及緩沖片的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以得到該新型振動(dòng)傳感器不同的電壓靈敏度。
本實(shí)施例的新型振動(dòng)加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是1)利用鈸式換能器較高的等效縱向壓電常數(shù)，可以提高該傳感器的電壓靈敏度。
2)采用與鈸式換能器的金屬電極相同形狀的緩沖片，可以很大程度上提高該振動(dòng)加速度傳感器的電壓靈敏度。
3)使用絕緣凸臺(tái)解決了鈸式換能器電極引線的引出問(wèn)題。
4)在不破壞鈸式換能器結(jié)構(gòu)的情況下，底座的三個(gè)弧形支柱和圓蓋中心的緊頂螺絲又能將鈸式換能器、質(zhì)量塊和緩沖片固定住。
下面給出兩個(gè)本發(fā)明的新型振動(dòng)加速度傳感器的具體實(shí)施例。
實(shí)施例1新型振動(dòng)加速度傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的條件下，以直徑Φ為12mm的鈸式換能器(其固有頻率f0為27.346kHz)作為該振動(dòng)加速度傳感器的敏感元件，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器的電壓靈敏度分別為1360mv/g。
實(shí)施例2新型振動(dòng)加速度傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的條件下，以直徑Φ為16mm(其固有頻率f0為22.637kHz)的鈸式換能器作為該振動(dòng)加速度傳感器的敏感元件，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器的電壓靈敏度為3670mv/g。
權(quán)利要求
1.一種新型振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，它包括鈸式換能器(3)、質(zhì)量塊(4)、緩沖片(5)、底座(8)、底座(8)上的絕緣凸臺(tái)(2)和圓蓋(6)、外殼(7)和緊頂螺絲(9)，其特征是所述的底座為圓臺(tái)形，底座(8)由底部方形安裝座、中部圓形臺(tái)及均勻分布在圓形臺(tái)上的三個(gè)弧形支柱構(gòu)成，其上均勻分布三個(gè)支柱，每一支柱頂部均有一安裝螺孔，圓蓋(6)通過(guò)螺絲和安裝螺孔固定在三個(gè)支柱上，絕緣凸臺(tái)(2)安裝在底座(8)中心的凹槽里，底座(8)側(cè)面有方便引出導(dǎo)線的航空插座接口；鈸式換能器(3)、絕緣片(10)、質(zhì)量塊(4)和緩沖片(5)由下到上依次置于絕緣凸臺(tái)(2)上方，相互之間以絕緣膠緊密粘結(jié)，圓蓋(6)中心處有一緊頂螺絲(9)，通過(guò)調(diào)節(jié)緊頂螺絲(9)可間接地調(diào)整對(duì)鈸式換能器(3)所施加的預(yù)壓力的大小，外殼(7)通過(guò)底座(8)三個(gè)支柱外側(cè)的外螺紋固定在底座(8)上，構(gòu)成新型振動(dòng)加速度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是底座(8)采用鋁合金(2A12)材料，鈸式換能器(3)為金屬——陶瓷復(fù)合換能器，質(zhì)量塊(4)選用45號(hào)鋼，絕緣凸臺(tái)(2)材料選用聚四乙烯，圓蓋(6)和外殼(7)均選用鋁合金，緊頂螺絲(9)為標(biāo)準(zhǔn)件，緩沖片(5)選用Sn6.5-0.4。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的新型振動(dòng)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的質(zhì)量塊(4)的直徑為18mm，質(zhì)量約為10g；絕緣凸臺(tái)(2)直徑為10mm，高為4mm；底座(8)直徑為38mm，高為24mm；緩沖片(5)直徑為18mm，厚度為0.3mm，帽端直徑為3mm，內(nèi)腔直徑為10mm，深度為2mm。
全文摘要
本發(fā)明新型振動(dòng)加速度傳感器屬于壓電學(xué)及敏感技術(shù)領(lǐng)域，它包括底座，底座中心的凹槽以安裝絕緣凸臺(tái)，將鈸式換能器、質(zhì)量塊和緩沖片彼此粘貼置于絕緣凸臺(tái)上方，通過(guò)周圍的三個(gè)支柱和圓蓋中心的緊頂螺絲將它們固定住，由緊定螺絲施加預(yù)壓力。外殼通過(guò)底座上的三個(gè)支柱的外螺紋固定到底座上，構(gòu)成了新型振動(dòng)加速度傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是傳感器的電壓靈敏度高，充分發(fā)揮鈸式換能器的優(yōu)良性能，適合于測(cè)量低頻的振動(dòng)加速度信號(hào)。
文檔編號(hào)G01P15/08GK1858595SQ20061008146
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者李鄧化, 賈美娟, 居偉駿, 馬永成 申請(qǐng)人:北京信息工程學(xué)院