四芯电压输出压电加速度计的制作方法

文档序号:6118888
专利名称:四芯电压输出压电加速度计的制作方法
技术领域
本实用新型提供一种四芯压电加速度计,是一种通过对压电加速
度计内置集成电路提供±2.5V~± 18V电压后可以得到电压灵敏度约 为50mv/g的压电加速度计,属于振动检测领域。
背景技术
由于该压电加速度计内置电路,因此在传感器内部已经将电荷信 号转化为电压信号输出,因此具有较强的抗干扰能力。并且通过集成 电路的放大功能进行调整,可以将压电加速度计的输出灵敏度调整在 10mV 100mV的任意数值,这可以根据实际需求来进行设置,起到 了归一信号的作用,节省了大量后置二次仪表的调整时间。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种四芯压电加速度计,提供的输出灵 敏度在10mV 100mV任意可调,以解决二次仪表不易调整的技术困 难。
本实用新型一共涉及到9个零部件组装而成,分别是l一外壳、2 —插针、3—绝缘件、4一固定螺母、5—底座、6—质量块、7—压电片、8—预紧套、9"电荷转换器;其特征在于
插针(2)共有四根,编号为1、 2、 3、 4,分别外接正电源、外 接负电源、传感器输出值、接地;
预紧套(8)将压电片(7)、质量块(6)和底座(5)刚性固定, 并通过固定螺母(4)将电荷转换器(9)固定在质量块(6)上;
压电片(7)的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接到电荷转 换器上,而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、 2、 3、 4编号顺 序的焊接到插针上,最终通过外壳(1)将整个传感器屏蔽保护,传 感器仍保持较强的刚性连接。
外壳,是压电加速度计的上部分外壳,它是压电加速度计的主要 元件之一,需用不锈钢类钢材加工,对压电加速度计的外界干扰信号 进行屏蔽的作用。由于需要美观,因此加工的精度应当尽量提高。但 由于在实用性上便于安装和携带,则加工了部分滚花。其具体的长宽 高尺寸根据实际需要来确定,而输出端的螺纹连接口是与专用传感器 导线连接用,可以是M12、 M10或者M8等中的一种,见图l。
插针,传感器的输出和输入的连接部分。在该传感器中, 一共有 四根插针,编号为1、 2、 3、 4,用途是外接正电源、外接负电源、 传感器输出值、接地。也即是外接正负电源和接地向传感器内置的电 荷转换器提供稳压直流电压,其值在士2.5V 土18V之间。输出端相 对于地则输出与测试的振动频率相一致的交流电压信号。其中接地一 端与传感器的外壳相通,起屏蔽外界干扰作用。另外,该插针由于需 要起到电信号的输入输出作用,因此宜釆用铜材料来加工,并且镀金。这样既保证了其电信号传输性能,又便于插针后端与导线进行焊接, 更有美观的作用。
绝缘件,是四根插针的之间起绝缘作用,并且也是固定其插针的 重要部件。考虑到传感器的刚性,该材料应该用硬度较高的工程塑料。 固定方式是一端靠外壳的一个台阶,另一端依靠另一零部件4一固定 螺母来固定。该零件宜采用压塑的方式将插针和塑料一起压制成一个 零件,这样既方便安装,又能保证精度,同时更能降低成本。压塑的
零件图见图3所示。
固定螺母,用以将注塑的零件固定,采用螺纹的方式,并且在表 面开两孔以便用专用夹具进行固定。由于外壳内部空间十分有限,并
且需要尽量降低质量,因此该零件设计成环状。如图4所示底座, 是压电加速度计的最基本部件,也是最容易影响传感器参数的零部
件。要求该零件需要用不锈钢类材料加工。该零件与6—质量块是同
一材料一次加工形成的。由于是采用环形的方式预紧,因此必须保持 好装配后的圆度。因此每次加工该零件后要与质量块一起包装起来, 切忌混淆。底座上与压电片相接触的两平面需要较高的平面度、平行
度,以确保传感器的频响曲线光滑和较高的谐振频率。见图5所示 质量块,是决定压电加速度计输出大小的关键零件,根据压电加速度
计的灵敏度近似公式^"^"W可知,当压电片的压电系数固定之后, 传感器电荷灵敏度与质量块的大小成正比。由于与底座是一同加工,
因此具有很好的圆度确保预紧力均匀。见图5所示。
压电片,是压电加速度计的核心敏感元件,采用PZT5压电陶瓷材料的15方向,依靠剪切力产生与之成正比的电信号。压电系数d15 应该大于200,距离温度大于250摄氏度。加工的两平面确保较高精 度的平面度和平行度。如图6所示。
预紧套,传感器的预紧力依靠预紧套。由于预紧力是依靠该材料 的过盈量而产生的,因此该材料一定要用高弹性材料的加工,如铍青 铜。见图7所示。
电荷转换器,是将压电加速度计输出的电荷信号转化为电压信号 进行输出的电路,并且还具有归一输出的作用。该电荷转换器实际上 是由积分反馈的运算放大器。用运算型反馈,放大器的输出是输入电
流的函数。用积分运算反馈,输出是输入电流的积分,即9^^。故 亦称"电荷放大器"。工作时,电荷输入信号产生的放大器输出电压
通过反馈电容返回从而维持输入端电压为零或接近零。这样,输入电
荷储存在反馈电容中,在该电容上产生的电压等于输入电荷除以反馈
电容器的电容。反馈电容器两端的电压确定了输出电压和输入电荷之
间的关系。只要放大器的开环增益和输入阻抗足够高,该放大器的传
递特性(电荷增益)就近决定于反馈电容器的电容值。其电路原理图
如图8所示。
本发明具有信号稳定、装配简单、可批量生产的特点,可大量应 用于各种型号的振动检测仪及各种测试现场。


图1为外壳。图2为插针。
图3为注塑。
图4为固定螺母。
图5为底座与质量块。
图6为压电片。
图7为预紧套。
图8为电荷放大器原理图。
图9装配图。其中外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺 母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转 换器(9)
具体实施方式
该传感器的装配结构主要是通过8—预紧套将7—压电片、6—质 量块和5—底座刚性的固定,并通过4一固定螺母将9—电荷转换器 固定在质量块上。压电片的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接 到电荷转换器上,而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、 2、 3、 4编号顺序的焊接到输出端的插针上,最终通过1—外壳将整个传感 器屏蔽保护,传感器仍保持较强的刚性连接。装配图如图9所示。
权利要求1、四芯电压输出压电加速度计,包括外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转换器(9),其特征在于插针(2)共有四根,编号为1、2、3、4,分别外接正电源、外接负电源、传感器输出值、接地;预紧套(8)将压电片(7)、质量块(6)和底座(5)刚性固定,并通过固定螺母(4)将电荷转换器(9)固定在质量块(6)上;压电片(7)的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接到电荷转换器上,而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、2、3、4编号顺序的焊接到插针上,最终通过外壳(1)将整个传感器屏蔽保护,传感器仍保持较强的刚性连接。
2、 按权利要求1所述的四芯电压输出压电加速度计,其特征在于 绝缘件一端靠外壳的一个台阶,另一端依靠固定螺母来固定。
3、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计,其特征 在于底座上与压电片相接触的两平面平行。
4、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计,其特征 在于压电片采用15方向的PZT5压电陶瓷材料。
5、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计,其特征 在于预紧套用铍青铜加工。
专利摘要本实用新型涉及一种四芯电压输出压电加速度计,属于振动检测领域。本实用新型包括外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转换器(9),其特征在于插针(2)共有四根,编号为1、2、3、4,分别外接正电源、外接负电源、传感器输出值、接地。本实用新型具有较强的抗干扰能力,并且通过集成电路的放大功能进行调整,可以将压电加速度计的输出灵敏度调整在10mV~100mV的任意数值,这可以根据实际需求来进行设置,起到了归一信号的作用,节省了大量后置二次仪表的调整时间。本实用新型具有信号稳定、装配简单、可批量生产的特点,可大量应用于各种型号的振动检测仪及各种测试现场。
文档编号G01H11/08GK201152880SQ20062004948
公开日2008年11月19日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者包绍明, 李玉臣, 沈夏城, 董显林, 雒彩云 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所
再多了解一些
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