专利名称：新型振动加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于压电学及敏感技术领域。特别是涉及振动加速度测量技术领域。
背景技术：
目前振动加速度传感器如叶伟国，沈国伟的论文“压电式加速度传感器的结构改进与设计”(《传感器技术》，2003，第9期)，大多采用石英和压电陶瓷作为敏感元件，灵敏度普遍不高。另外，虽然国内外关于钹式换能器的研究还是一个热点，但对于其应用研究尚处于初级阶段。目前还没有见到基于钹式换能器的新型振动加速度传感器研究的报导。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于钹式换能器的新型振动加速度传感器。该传感器具有较高电压灵敏度。
本发明的新型振动加速度传感器包括底座为圆台形，其上均匀分布三个支柱，每个支柱上有安装螺孔，将圆盖通过螺丝和安装螺孔固定在三个支柱上。绝缘凸台安装在底座中心的凹槽里。钹式换能器，绝缘片、质量块和缓冲片依次置于绝缘凸台上方，相互之间以绝缘胶紧密粘结，通过调节圆盖上的紧顶螺丝可间接调整对钹式换能器所施加预压力的大小。外壳通过底座上的三个支柱上的外螺纹固定到底座上，构成了新型振动加速度传感器。
本发明的新型振动加速度传感器的优点是1.采用钹式换能器作为敏感元件，而钹式换能器的等效压电常数大约为普通压电陶瓷的40倍左右，因此可很大程度上提高传感器的测量灵敏度；2.本发明的新型振动加速度传感器，由于采用了与钹式换能器金属电极相同结构的缓冲片，很大程度上提高了传感器的测量灵敏度。
图1本发明新型振动加速度传感器的结构示意图；图2本发明新型振动加速度传感器的缓冲片示意图。
图3本发明新型振动加速度传感器底座的俯视图；图4本发明新型振动加速传感器底座的剖面图；具体实施方案下面结合附图和实施例对本发明新型振动加速度传感器做详细描述。
本发明的新型振动加速度传感器(见图1)，它包括底座8、钹式换能器3、质量块4、缓冲片5、底座8上的绝缘凸台2和圆盖6、外壳7和紧顶螺丝9。所述的底座为圆台形，底座8由底部方形安装座、中部圆形台及均匀分布在圆形台上的三个弧形支柱构成，其上均匀分布三个支柱，每一支柱顶部均有一安装螺孔，圆盖6通过螺丝和安装螺孔固定在三个支柱上。绝缘凸台2安装在底座8中心的凹槽里。底座8侧面有方便引出导线的航空插座接口。钹式换能器3、绝缘片10、质量块4和缓冲片5由下到上依次置于绝缘凸台2上方，相互之间以绝缘胶紧密粘结。圆盖6中心处有一紧顶螺丝9，通过调节紧顶螺丝9可间接地调整对钹式换能器3所施加的预压力的大小。外壳7通过底座8三个支柱外侧的外螺纹固定在底座8上，构成新型振动加速度传感器。
本发明的新型振动加速度传感器外形为圆柱型。图1为新型振动加速度传感器的结构示意图。
本发明的新型振动加速度传感器的换能器选用钹式换能器，选用PZT-5A作为钹式换能器的压电材料。缓冲片选用黄铜材料。
质量块4的直径为18mm，高为5mm，质量约为10g。绝缘凸台2直径为10mm，高为4mm。底座8直径为38mm，高为24mm。缓冲片5直径为18mm，厚度为0.3mm，帽端直径为3mm，内腔直径为10mm，深度为2mm。
本发明新型振动加速度传感器的测量工作原理做简要描述如下。
如前所述，新型振动加速度传感器安装到被测对象上，当被测对象以一定的加速度振动时，传感器与被测对象一起振动，传感器中的质量块4也以相同的加速度振动，质量块4产生的惯性力作用在钹式换能器3上，钹式换能器3由于压电效应而在上、下电极上产生交变的电荷，该电荷量正比于被测对象的振动加速度，因此可以通过测量该电荷量来获得被测对象的振动加速度。
本发明新型振动加速度传感器结构配置不变的前提下，改变钹式换能器的结构参数以及缓冲片的结构参数可以得到该新型振动传感器不同的电压灵敏度。
本实施例的新型振动加速度传感器的优点是1)利用钹式换能器较高的等效纵向压电常数，可以提高该传感器的电压灵敏度。
2)采用与钹式换能器的金属电极相同形状的缓冲片，可以很大程度上提高该振动加速度传感器的电压灵敏度。
3)使用绝缘凸台解决了钹式换能器电极引线的引出问题。
4)在不破坏钹式换能器结构的情况下，底座的三个弧形支柱和圆盖中心的紧顶螺丝又能将钹式换能器、质量块和缓冲片固定住。
下面给出两个本发明的新型振动加速度传感器的具体实施例。
实施例1新型振动加速度传感器结构参数不变的条件下，以直径Φ为12mm的钹式换能器(其固有频率f0为27.346kHz)作为该振动加速度传感器的敏感元件，实验测得该传感器的电压灵敏度分别为1360mv/g。
实施例2新型振动加速度传感器结构参数不变的条件下，以直径Φ为16mm(其固有频率f0为22.637kHz)的钹式换能器作为该振动加速度传感器的敏感元件，实验测得该传感器的电压灵敏度为3670mv/g。
权利要求
1.一种新型振动加速度传感器的结构，它包括钹式换能器(3)、质量块(4)、缓冲片(5)、底座(8)、底座(8)上的绝缘凸台(2)和圆盖(6)、外壳(7)和紧顶螺丝(9)，其特征是所述的底座为圆台形，底座(8)由底部方形安装座、中部圆形台及均匀分布在圆形台上的三个弧形支柱构成，其上均匀分布三个支柱，每一支柱顶部均有一安装螺孔，圆盖(6)通过螺丝和安装螺孔固定在三个支柱上，绝缘凸台(2)安装在底座(8)中心的凹槽里，底座(8)侧面有方便引出导线的航空插座接口；钹式换能器(3)、绝缘片(10)、质量块(4)和缓冲片(5)由下到上依次置于绝缘凸台(2)上方，相互之间以绝缘胶紧密粘结，圆盖(6)中心处有一紧顶螺丝(9)，通过调节紧顶螺丝(9)可间接地调整对钹式换能器(3)所施加的预压力的大小，外壳(7)通过底座(8)三个支柱外侧的外螺纹固定在底座(8)上，构成新型振动加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的新型振动加速度传感器的结构，其特征是底座(8)采用铝合金(2A12)材料，钹式换能器(3)为金属——陶瓷复合换能器，质量块(4)选用45号钢，绝缘凸台(2)材料选用聚四乙烯，圆盖(6)和外壳(7)均选用铝合金，紧顶螺丝(9)为标准件，缓冲片(5)选用Sn6.5-0.4。
3.根据权力要求1所述的新型振动加速度传感器的结构，其特征是所述的质量块(4)的直径为18mm，质量约为10g；绝缘凸台(2)直径为10mm，高为4mm；底座(8)直径为38mm，高为24mm；缓冲片(5)直径为18mm，厚度为0.3mm，帽端直径为3mm，内腔直径为10mm，深度为2mm。
全文摘要
本发明新型振动加速度传感器属于压电学及敏感技术领域，它包括底座，底座中心的凹槽以安装绝缘凸台，将钹式换能器、质量块和缓冲片彼此粘贴置于绝缘凸台上方，通过周围的三个支柱和圆盖中心的紧顶螺丝将它们固定住，由紧定螺丝施加预压力。外壳通过底座上的三个支柱的外螺纹固定到底座上，构成了新型振动加速度传感器。其优点是传感器的电压灵敏度高，充分发挥钹式换能器的优良性能，适合于测量低频的振动加速度信号。
文档编号G01P15/08GK1858595SQ20061008146
公开日2006年11月8日 申请日期2006年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者李邓化, 贾美娟, 居伟骏, 马永成 申请人:北京信息工程学院