一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及振動傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]三軸向振動傳感器能夠同時測量一個測點相互正交的X、Y、Z三個方向的振動信號，在航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]頻響特性是衡量振動傳感器性能優(yōu)劣的最重要指標之一，傳統(tǒng)的三軸壓阻式振動傳感器雖具有良好的直流效應(yīng)，但其溫度效應(yīng)嚴重，動態(tài)范圍有限，頻響特性僅能達到IKHz左右。三軸電容式振動傳感器具有高靈敏度、低溫度效應(yīng)、低功耗等優(yōu)點，但由于傳感器輸出的高阻抗，其易受電磁干擾影響，不適合在惡劣環(huán)境下工作。且其頻率范圍有限，最高為3KHz左右。三軸壓電式振動傳感器頻率范圍寬、線性度好，但由于電荷泄漏，易發(fā)生電荷阻塞效應(yīng)，且三向壓電式振動傳感器一般采用傳感器與變換器分體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不易實現(xiàn)一體化。
[0004]上述振動傳感器都存在一些不足，這嚴重限制了傳感器的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的三軸向振動傳感器易產(chǎn)生高頻諧振、易受電磁干擾且體積較大的問題，提供了一種頻響特性高、抗干擾能力強、連接可靠性高且體積緊湊的三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)，包括固定裝置、信號傳輸裝置和測量裝置；測量裝置固定連接在固定裝置內(nèi)部；信號傳輸裝置從固定裝置外部穿入到固定裝置內(nèi)部，與固定裝置固定連接；信號傳輸裝置還與測量裝置連接；測量裝置用于測量待測物體的加速度；固定裝置用于對測量裝置和信號傳輸裝置提供支撐和保護；信號傳輸裝置用于將測量裝置測得的加速度信號傳輸給信號采集設(shè)備。
[0008]如上所述的固定裝置包括殼體、束線管、束線螺釘、螺母、墊圈和頂蓋；殼體整體為上端開口的中空的長方體形；在殼體長方體形兩個相對的角上沿殼體高度方向開有兩個固定通孔；在殼體長方體形后端面上開有通孔；頂蓋整體為正方形板狀，蓋合在殼體的上端面上；頂蓋與殼體固定通孔對應(yīng)位置開有兩個通孔，兩個通孔分別與殼體的固定通孔相配合，用于將振動傳感器結(jié)構(gòu)固定在待測物體上；束線管整體為“T”形，由上下兩個中空的圓柱體組成，上端圓柱體的外徑大于下端圓柱體的外徑,上端圓柱體的內(nèi)徑大于下端圓柱體的內(nèi)徑，上端圓柱體的外徑大于殼體長方體形后端面上通孔的直徑，下端圓柱體的外徑小于等于殼體長方體形后端面上通孔的直徑；在上端圓柱體的前端開有通孔，該通孔內(nèi)表面有內(nèi)螺紋；下端圓柱體的外表面有外螺紋；上端圓柱體位于殼體內(nèi)部，下端圓柱體從殼體長方體形后端面上通孔穿出；螺母與束線管下端圓柱體螺紋連接；螺母用于將束線管固定在殼體上；墊圈整體為圓環(huán)形，圓環(huán)上開有缺口，圓環(huán)外徑小于等于束線管上端圓柱體的內(nèi)徑；墊圈安裝在束線管上端圓柱體的內(nèi)部，墊圈圓環(huán)缺口與束線管上端圓柱體前端的通孔錯開；束線螺釘為上端面沿直徑方向開有豁口的M3型螺釘；束線螺釘與束線管上端圓柱體的前端開有的通孔螺紋連接，束線螺釘?shù)募獠颗c墊圈的外表面相接觸。
[0009]如上所述的殼體、束線管、束線螺釘、螺母和頂蓋均采用鋁合金材料制成；墊圈采用軟鋁材料制成；殼體的厚度為1.5mm ;殼體和頂蓋的總尺寸為27 X 27 X 21mm。
[0010]如上所述的信號傳輸裝置包括導(dǎo)線、電纜和電連接器；導(dǎo)線的一端與測量裝置連接，另一端與電纜的一端連接；電纜的另一端與電連接器的一端連接；電連接器的另一端與信號采集設(shè)備連接；導(dǎo)線從固定裝置的束線管的內(nèi)部穿過，同時穿過墊圈的內(nèi)部。
[0011]如上所述的測量裝置包括剛撓結(jié)合電路板和敏感芯體；剛撓結(jié)合電路板包括第一剛性板、第二剛性板、第三剛性板、第四剛性板、第一撓性板、第二撓性板和第三撓性板；第一剛性板與第三剛性板通過第二撓性板連接；第二剛性板與第三剛性板通過第一撓性板連接；第三剛性板與第四剛性板通過第三撓性板連接；第一剛性板、第二剛性板、第三剛性板和第四剛性板均采用四層板結(jié)構(gòu)，由上至下依次為一層信號層、兩層內(nèi)部信號層和底層；信號層用于焊接元器件，內(nèi)部信號層用于布線，底層用于與固定裝置的殼體連接并絕緣隔離；第一撓性板、第二撓性板和第三撓性板均采用雙層板結(jié)構(gòu)，兩層板之間布線；敏感芯體共有三個，分別焊接在第一剛性板、第二剛性板和第三剛性板的信號層上；敏感芯體的電源端與剛性板上的電壓調(diào)整器連接，敏感芯體的輸出端與剛性板上變換電路的前端連接；第一剛性板固定在殼體的右側(cè)內(nèi)壁上，第二剛性板固定在殼體的前側(cè)內(nèi)壁上，第四剛性板固定在殼體的左側(cè)內(nèi)壁上，第三剛性板固定在殼體的下側(cè)內(nèi)壁上；信號傳輸裝置的導(dǎo)線分別與第一剛性板、第二剛性板、第三剛性板和第四剛性板的信號層焊接。
[0012]如上所述的第一剛性板、第二剛性板、第三剛性板和第四剛性板均采用環(huán)氧玻璃布壓板制成；第一撓性板、第二撓性板和第三撓性板均采用聚酰亞胺材料制成。
[0013]如上所述的剛撓結(jié)合電路板的電路連接關(guān)系根據(jù)GJB362B-2009確定，敏感芯體采用SDI公司生產(chǎn)的1221型芯體實現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明包括固定裝置、信號傳輸裝置和測量裝置。通過采用四塊剛性印制板和三塊撓性板的一體化設(shè)計，實現(xiàn)了接口的可靠性連接，節(jié)省了傳感器的內(nèi)部空間，使得信號傳輸過程中的信號噪聲明顯減小。應(yīng)用本發(fā)明生產(chǎn)了 5只樣機，并在振動傳感器校準系統(tǒng)上進行了性能指標的驗證，在帶內(nèi)不平度小于IdB的條件下，傳感器的頻響特性均能達到5KHz。經(jīng)一體化設(shè)計后，五只樣機的濾波功能和電壓調(diào)整電路功能均工作正常，三個方向的靈敏度及最終輸出信號中的噪聲干燥值均滿足試驗的要求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)的主視剖視圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)的A-A向剖視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)中束線管的主視剖視圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)中束線管的A-A向剖視圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)中墊圈的主視圖；
[0021]圖6是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)中墊圈的俯視圖；
[0022]圖7是本發(fā)明的一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)中剛撓結(jié)合電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:1.殼體，2.剛撓結(jié)合電路板，3.導(dǎo)線，4.敏感芯體，5.束線管，6.束線螺釘，
7.螺母，8.電纜，9.電連接器，10.墊圈，11.頂蓋，12.剛性板，12-1.第一剛性板，12-2.第二剛性板，12-3.第三剛性板，12-4.第四剛性板，13.撓性板，13-1.第一撓性板，13-2.第二撓性板，13-3.第三撓性板。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步描述。
[0025]一種三軸向振動傳感器結(jié)構(gòu)，包括固定裝置、信號傳輸裝置和測量裝置。測量裝置固定連接在固定裝置內(nèi)部。信號傳輸裝置從固定裝置外部穿入到固定裝置內(nèi)部，與固定裝置固定連接。信號傳輸裝置還與測量裝置連接。測量裝置用于測量待測物體的加速度。固定裝置用于對測量裝置和信號傳輸裝置提供支撐和保護。信號傳輸裝置用于將測量裝置測得的加速度信號傳輸給信號采集設(shè)備。
[0026]如圖1和圖2所示，固定裝置包括殼體1、束線管5、束線螺釘6、螺母7、墊圈10和頂蓋11。殼體I整體為上端開口的中空的長方體形。在殼體I長方體形兩個相對的角上沿殼體I高度方向開有兩個固定通孔。在殼體I長方體形后端面上開有通孔。頂蓋11整體為正方形板狀，蓋合在殼體I的上端面上。頂蓋11與殼體I固定通孔對應(yīng)位置開有兩個通孔，兩個通孔分別與殼體I的固定通孔相配合，用于將振動傳感器結(jié)構(gòu)固定在待測物體上。如圖3和圖4所示，束線管5整體為“T”形，由上下兩個中空的圓柱體組成，上端圓柱體的外徑大于下端圓柱體的外徑,上端圓柱體的內(nèi)徑大于下端圓柱體的內(nèi)徑,上端圓柱體的外徑大于殼體I長方體形后端面上通孔的直徑，下端圓柱體的外徑小于等于殼體I長方體形后端面上通孔的直徑。在上端圓柱體的前端開有通孔，該通孔內(nèi)表面有內(nèi)螺紋。下端圓柱體的外表面有外螺紋。上端圓柱體位于殼體I內(nèi)部，下端圓柱體從殼體I長方體形后端面上通孔穿出。螺母7與束線管5下端圓柱體螺紋連接。螺母7用于將束線管5固定在殼體I上。如圖5和圖6所示，墊圈10整體為圓環(huán)形，圓環(huán)上開有缺口，圓環(huán)外徑小于等于束線管5上端圓柱體的內(nèi)徑。墊圈10安裝在束線管5上端圓柱體的內(nèi)部，墊圈10圓環(huán)缺口與束線管5上端圓柱體前端的通孔錯開。束線螺釘6為上端面沿直徑方向開有豁口的M3型螺釘。束線螺釘6與束線管5上端圓柱體的前端開有的通孔螺紋連接，束線螺釘6的尖部與墊圈10的外表面相接觸。
[0027]在本實施例中，殼體1、束線管5、束線螺釘6、螺母7、墊圈10和頂蓋11均采用鋁合金材料制成。殼體I的厚度為1.5mm。殼體I和頂蓋11的總尺寸為27X27X21mm。
[0028]如圖2所示，信號傳輸裝置包括導(dǎo)線3、電纜8和電連接器9。導(dǎo)線3的一端與測量裝置連接，另一端與電纜8的一端連接。電纜8的另一端與電連接器的一端連接。電連接器的另一端與信號采集設(shè)備連接。導(dǎo)線3從固定裝置的束線管5的內(nèi)部穿過，同時穿過墊圈10的內(nèi)部。
[0029]在本實施例中，導(dǎo)