一种三轴向振动传感器结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及振动传感器技术领域，具体涉及一种三轴向振动传感器结构。
【背景技术】
[0002]三轴向振动传感器能够同时测量一个测点相互正交的X、Y、Z三个方向的振动信号，在航空航天领域有着广阔的应用前景。
[0003]频响特性是衡量振动传感器性能优劣的最重要指标之一，传统的三轴压阻式振动传感器虽具有良好的直流效应，但其温度效应严重，动态范围有限，频响特性仅能达到IKHz左右。三轴电容式振动传感器具有高灵敏度、低温度效应、低功耗等优点，但由于传感器输出的高阻抗，其易受电磁干扰影响，不适合在恶劣环境下工作。且其频率范围有限，最高为3KHz左右。三轴压电式振动传感器频率范围宽、线性度好，但由于电荷泄漏，易发生电荷阻塞效应，且三向压电式振动传感器一般采用传感器与变换器分体的结构设计，不易实现一体化。
[0004]上述振动传感器都存在一些不足，这严重限制了传感器的应用范围。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决现有的三轴向振动传感器易产生高频谐振、易受电磁干扰且体积较大的问题，提供了一种频响特性高、抗干扰能力强、连接可靠性高且体积紧凑的三轴向振动传感器结构。
[0006]本发明是这样实现的:
[0007]—种三轴向振动传感器结构，包括固定装置、信号传输装置和测量装置；测量装置固定连接在固定装置内部；信号传输装置从固定装置外部穿入到固定装置内部，与固定装置固定连接；信号传输装置还与测量装置连接；测量装置用于测量待测物体的加速度；固定装置用于对测量装置和信号传输装置提供支撑和保护；信号传输装置用于将测量装置测得的加速度信号传输给信号采集设备。
[0008]如上所述的固定装置包括壳体、束线管、束线螺钉、螺母、垫圈和顶盖；壳体整体为上端开口的中空的长方体形；在壳体长方体形两个相对的角上沿壳体高度方向开有两个固定通孔；在壳体长方体形后端面上开有通孔；顶盖整体为正方形板状，盖合在壳体的上端面上；顶盖与壳体固定通孔对应位置开有两个通孔，两个通孔分别与壳体的固定通孔相配合，用于将振动传感器结构固定在待测物体上；束线管整体为“T”形，由上下两个中空的圆柱体组成，上端圆柱体的外径大于下端圆柱体的外径,上端圆柱体的内径大于下端圆柱体的内径，上端圆柱体的外径大于壳体长方体形后端面上通孔的直径，下端圆柱体的外径小于等于壳体长方体形后端面上通孔的直径；在上端圆柱体的前端开有通孔，该通孔内表面有内螺纹；下端圆柱体的外表面有外螺纹；上端圆柱体位于壳体内部，下端圆柱体从壳体长方体形后端面上通孔穿出；螺母与束线管下端圆柱体螺纹连接；螺母用于将束线管固定在壳体上；垫圈整体为圆环形，圆环上开有缺口，圆环外径小于等于束线管上端圆柱体的内径；垫圈安装在束线管上端圆柱体的内部，垫圈圆环缺口与束线管上端圆柱体前端的通孔错开；束线螺钉为上端面沿直径方向开有豁口的M3型螺钉；束线螺钉与束线管上端圆柱体的前端开有的通孔螺纹连接，束线螺钉的尖部与垫圈的外表面相接触。
[0009]如上所述的壳体、束线管、束线螺钉、螺母和顶盖均采用铝合金材料制成；垫圈采用软铝材料制成；壳体的厚度为1.5mm ;壳体和顶盖的总尺寸为27 X 27 X 21mm。
[0010]如上所述的信号传输装置包括导线、电缆和电连接器；导线的一端与测量装置连接，另一端与电缆的一端连接；电缆的另一端与电连接器的一端连接；电连接器的另一端与信号采集设备连接；导线从固定装置的束线管的内部穿过，同时穿过垫圈的内部。
[0011]如上所述的测量装置包括刚挠结合电路板和敏感芯体；刚挠结合电路板包括第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板、第四刚性板、第一挠性板、第二挠性板和第三挠性板；第一刚性板与第三刚性板通过第二挠性板连接；第二刚性板与第三刚性板通过第一挠性板连接；第三刚性板与第四刚性板通过第三挠性板连接；第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板和第四刚性板均采用四层板结构，由上至下依次为一层信号层、两层内部信号层和底层；信号层用于焊接元器件，内部信号层用于布线，底层用于与固定装置的壳体连接并绝缘隔离；第一挠性板、第二挠性板和第三挠性板均采用双层板结构，两层板之间布线；敏感芯体共有三个，分别焊接在第一刚性板、第二刚性板和第三刚性板的信号层上；敏感芯体的电源端与刚性板上的电压调整器连接，敏感芯体的输出端与刚性板上变换电路的前端连接；第一刚性板固定在壳体的右侧内壁上，第二刚性板固定在壳体的前侧内壁上，第四刚性板固定在壳体的左侧内壁上，第三刚性板固定在壳体的下侧内壁上；信号传输装置的导线分别与第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板和第四刚性板的信号层焊接。
[0012]如上所述的第一刚性板、第二刚性板、第三刚性板和第四刚性板均采用环氧玻璃布压板制成；第一挠性板、第二挠性板和第三挠性板均采用聚酰亚胺材料制成。
[0013]如上所述的刚挠结合电路板的电路连接关系根据GJB362B-2009确定，敏感芯体采用SDI公司生产的1221型芯体实现。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]本发明包括固定装置、信号传输装置和测量装置。通过采用四块刚性印制板和三块挠性板的一体化设计，实现了接口的可靠性连接，节省了传感器的内部空间，使得信号传输过程中的信号噪声明显减小。应用本发明生产了 5只样机，并在振动传感器校准系统上进行了性能指标的验证，在带内不平度小于IdB的条件下，传感器的频响特性均能达到5KHz。经一体化设计后，五只样机的滤波功能和电压调整电路功能均工作正常，三个方向的灵敏度及最终输出信号中的噪声干燥值均满足试验的要求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的一种三轴向振动传感器结构的主视剖视图；
[0017]图2是本发明的一种三轴向振动传感器结构的A-A向剖视图；
[0018]图3是本发明的一种三轴向振动传感器结构中束线管的主视剖视图；
[0019]图4是本发明的一种三轴向振动传感器结构中束线管的A-A向剖视图；
[0020]图5是本发明的一种三轴向振动传感器结构中垫圈的主视图；
[0021]图6是本发明的一种三轴向振动传感器结构中垫圈的俯视图；
[0022]图7是本发明的一种三轴向振动传感器结构中刚挠结合电路板的结构示意图。
[0023]其中:1.壳体，2.刚挠结合电路板，3.导线，4.敏感芯体，5.束线管，6.束线螺钉，
7.螺母，8.电缆，9.电连接器，10.垫圈，11.顶盖，12.刚性板，12-1.第一刚性板，12-2.第二刚性板，12-3.第三刚性板，12-4.第四刚性板，13.挠性板，13-1.第一挠性板，13-2.第二挠性板，13-3.第三挠性板。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
[0025]一种三轴向振动传感器结构，包括固定装置、信号传输装置和测量装置。测量装置固定连接在固定装置内部。信号传输装置从固定装置外部穿入到固定装置内部，与固定装置固定连接。信号传输装置还与测量装置连接。测量装置用于测量待测物体的加速度。固定装置用于对测量装置和信号传输装置提供支撑和保护。信号传输装置用于将测量装置测得的加速度信号传输给信号采集设备。
[0026]如图1和图2所示，固定装置包括壳体1、束线管5、束线螺钉6、螺母7、垫圈10和顶盖11。壳体I整体为上端开口的中空的长方体形。在壳体I长方体形两个相对的角上沿壳体I高度方向开有两个固定通孔。在壳体I长方体形后端面上开有通孔。顶盖11整体为正方形板状，盖合在壳体I的上端面上。顶盖11与壳体I固定通孔对应位置开有两个通孔，两个通孔分别与壳体I的固定通孔相配合，用于将振动传感器结构固定在待测物体上。如图3和图4所示，束线管5整体为“T”形，由上下两个中空的圆柱体组成，上端圆柱体的外径大于下端圆柱体的外径,上端圆柱体的内径大于下端圆柱体的内径,上端圆柱体的外径大于壳体I长方体形后端面上通孔的直径，下端圆柱体的外径小于等于壳体I长方体形后端面上通孔的直径。在上端圆柱体的前端开有通孔，该通孔内表面有内螺纹。下端圆柱体的外表面有外螺纹。上端圆柱体位于壳体I内部，下端圆柱体从壳体I长方体形后端面上通孔穿出。螺母7与束线管5下端圆柱体螺纹连接。螺母7用于将束线管5固定在壳体I上。如图5和图6所示，垫圈10整体为圆环形，圆环上开有缺口，圆环外径小于等于束线管5上端圆柱体的内径。垫圈10安装在束线管5上端圆柱体的内部，垫圈10圆环缺口与束线管5上端圆柱体前端的通孔错开。束线螺钉6为上端面沿直径方向开有豁口的M3型螺钉。束线螺钉6与束线管5上端圆柱体的前端开有的通孔螺纹连接，束线螺钉6的尖部与垫圈10的外表面相接触。
[0027]在本实施例中，壳体1、束线管5、束线螺钉6、螺母7、垫圈10和顶盖11均采用铝合金材料制成。壳体I的厚度为1.5mm。壳体I和顶盖11的总尺寸为27X27X21mm。
[0028]如图2所示，信号传输装置包括导线3、电缆8和电连接器9。导线3的一端与测量装置连接，另一端与电缆8的一端连接。电缆8的另一端与电连接器的一端连接。电连接器的另一端与信号采集设备连接。导线3从固定装置的束线管5的内部穿过，同时穿过垫圈10的内部。
[0029]在本实施例中，导