一种微型三轴加速度传感器结构的制作方法

本发明属于加速度传感器技术领域，具体涉及一种微型三轴加速度传感器结构。

背景技术：

国外以pcb公司为主生产三轴icp加速度传感器，其传感器基本覆盖了大量程、微型尺寸、超轻质量、分辨率高等性能指标，其传感器研制全套技术实现自主可控，掌握了核心技术。其传感器主要为剪切压电环结构，通过形状记忆合金的相变收缩将剪切压电环固定在中心柱上实现多轴振动信号测量。

传统的形状记忆合金收缩箍紧压电环的方式中，对形状记忆合金材料的特性要求较高，国外在形状记忆合金的材料配方、相变曲线、收缩特性等方面研究较多，具有一整套完整成熟的理论体系支撑。

由于国内目前的形状记忆合金材料研究现状并不乐观，形状记忆合金的制备、收缩力控制与测量、相变曲线等尚处于探索阶段，相应的制备工艺稳定性欠佳，故国内传感器厂商若需研制相应的微型加速度传感器，必然受到关键材料的制约，影响了最终产品性能的实现。

同时，形状记忆合金收缩时需要较高的温度，温度过高会降低剪切压电片的压电常数，从而影响传感器的性能。

因此急需研发出一种微型三轴加速度传感器结构来解决以上问题。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种微型三轴加速度传感器结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微型三轴加速度传感器结构，包括：

传感器基座；传感器基座上设置有三根中心柱；三根中心柱中任意两根均垂直；

三个定位环；定位环套装在中心柱外侧；

三个剪切压电环；剪切压电环套装在定位环外侧；

三个内锥环；内锥环套装在剪切压电环外侧；内锥环的锥面设置在外侧；

三个外锥环；外锥环套装在内锥环外侧；外锥环的锥面设置在内侧，外锥环的锥面与内锥环的锥面配合。

优选地，内锥环的纵向截面形成为c型。

优选地，内锥环的内侧壁上开设有多个凹槽，多个凹槽均为沿内锥环的轴向布设。

更进一步地，内锥环的内侧壁上均匀开设有三个凹槽。

优选地，内锥环、外锥环均采用高比重合金制成。

具体地，中心柱与定位环的端面焊接；内锥环与外锥环焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本技术：
通过特殊的结构配合，实现了无需采用材料特殊、国产材料性能不稳定的形状记忆合金，无需在高温下进行收缩，简化了装配工艺，避免了高温环境对剪切压电片的性能造成不良影响。

附图说明

图1为本申请的剖视图；

图2为本申请中传感器基座的结构示意图；

图3为本申请中内锥环的结构示意图；其中，a为剖视图；b为左视图；

图4为本申请中外锥环的剖视图；

图5为本申请中内锥环与外锥环的配合结构示意图；

图中：1-传感器基座；2-外锥环；3-内锥环；4-剪切压电环；5-定位环；6-中心柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供以下技术方案：

如图1-5所示，一种微型三轴加速度传感器结构，包括：

传感器基座1；传感器基座1上设置有三根中心柱6；三根中心柱6中任意两根均垂直；传感器基座1形成为长方体型，三根中心柱6分别垂直安装在传感器基座1的一个角部的三个相邻面上；

三个定位环5；定位环5套装在中心柱6外侧；

三个剪切压电环4；剪切压电环4套装在定位环5外侧；为实现振动条件下的振动信号可靠测量，提高传感器的频响指标，剪切压电环4需牢固的箍紧在定位环5外圆柱上；

三个内锥环3；内锥环3套装在剪切压电环4外侧；内锥环3的锥面设置在外侧；

三个外锥环2；外锥环2套装在内锥环3外侧；外锥环2的锥面设置在内侧，外锥环2的锥面与内锥环3的锥面配合。

在一些实施例中，传感器基座1与三根中心柱6一体化结构，可通过精密加工严格控制三个轴向的形位公差，从而改善传感器的横向灵敏度；且还具有较高的固有频率，从而提高了传感器的频响指标；

在本实施例中，内锥环3、外锥环2、剪切压电片、定位环5呈四层环状敏感结构体，可方便的实现单方向敏感结构的精密装配；还可方便的实现单方向敏感结构体的筛选，从而提高了传感器各方向的性能指标一致性。

如图3所示，内锥环3的纵向截面形成为c型。这样的结构设计使得内锥环3具有一定的变形量，外锥环2轴向装配时便使得内锥环3径向收缩，从而将更内圈的剪切压电环4箍紧在定位环5外圆柱上。

如图3所示，内锥环3的内侧壁上开设有三个凹槽，三个凹槽均为沿内锥环3的轴向布设。

在一些实施例中，内锥环3、外锥环2均采用高比重合金制成。如此，在同样尺寸条件下，相较传统的采用形状记忆合金进行箍紧的进口传感器，本专利设计的传感器具有更高的灵敏度。由于不采用形状记忆合金，结构上通过双锥在轴向的装配位置不同，可实现对剪切压电片不同的收缩力，从而调节传感器的频响指标，且较容易实现对收缩力的可测可控，实现传感器频响指标的调节。

如图1所示，中心柱6连接传感器基座1的一端设置有环状凸起，中心柱6的环装凸起侧壁与定位环5的端面焊接；内锥环3与外锥环2焊接为一体，然后焊接引线引出传感器的电荷信号至后端处理电路，从而实现三个方向的振动加速度测量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，包括：

传感器基座；传感器基座上设置有三根中心柱；三根中心柱中任意两根均垂直；

三个定位环；定位环套装在中心柱外侧；

三个剪切压电环；剪切压电环套装在定位环外侧；

三个内锥环；内锥环套装在剪切压电环外侧；内锥环的锥面设置在外侧；

三个外锥环；外锥环套装在内锥环外侧；外锥环的锥面设置在内侧，外锥环的锥面与内锥环的锥面配合。

2.根据权利要求1所述的一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，内锥环的纵向截面形成为c型。

3.根据权利要求2所述的一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，内锥环的内侧壁上开设有多个凹槽，多个凹槽均为沿内锥环的轴向布设。

4.根据权利要求3所述的一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，内锥环的内侧壁上均匀开设有三个凹槽。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，内锥环、外锥环均采用高比重合金制成。

6.根据权利要求1所述的一种微型三轴加速度传感器结构，其特征在于，中心柱与定位环的端面焊接；内锥环与外锥环焊接。

技术总结
本发明公开了一种微型三轴加速度传感器结构，包括传感器基座、三个定位环、三个剪切压电环、三个内锥环、三个外锥环；剪切压电环套装在定位环外侧；传感器基座上设置有三根中心柱；三根中心柱中任意两根均垂直、定位环套装在中心柱外侧、内锥环套装在剪切压电环外侧；内锥环的锥面设置在外侧；外锥环套装在内锥环外侧；外锥环的锥面设置在内侧，外锥环的锥面与内锥环的锥面配合。本申请通过特殊的结构配合，实现了无需采用材料特殊、国产材料性能不稳定的形状记忆合金，无需在高温下进行收缩，简化了装配工艺，避免了高温环境对剪切压电片的性能造成不良影响。

技术研发人员：张鹏;王小龙;程发斌;朱昌亚;韩海军;伍星
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院总体工程研究所
技术研发日：2021.01.12
技术公布日：2021.04.30