专利名称：含芯压电棒多维加速度传感器及加速度测量方法
技术领域：
本发明涉及压电传感器，具体涉及到一种多维压电加速度传感器及其测量方法。
背景技术：
常用的压电加速度传感器的结构主要有压缩型、剪切型和弯曲型3种。其中弯曲型压电加速度传感器的敏感元件是压电材料制作的悬臂梁，或粘贴有压电材料的悬臂梁， 其固有频率低、灵敏度高，适用于低频测量，缺点是体积大，机械强度较差。目前市场上的压电加速度计多为单轴和二轴加速度计，三轴加速度计一般由一个双轴加速度计和一个单轴加速度计组合而成，体积大。中国专利(申请号=200810222531. X)公开了一种正交环型压电加速度计，用于测量三轴加速度，但是结构复杂，体积较大。中国发明专利(申请号=200810124088. 2)公开了一种表面部分涂布电极的含有金属芯的压电陶瓷纤维，在含金属芯压电陶瓷纤维表面，沿着长度延伸方向部分地覆盖电极，可以实现弯曲振动功能，也可以用于测量特定角度的加速度大小，无法测量2维和多维的加速度方向和大小。
发明内容
本发明的目的在于克服常规加速度计一般只能测量一维的直线加速度，且结构复杂的缺点，提供一种能测量三轴加速度，灵敏度高的压电加速度传感器及其测量方法。一种压电加速度传感器，其特征在于包括底座、安装于底座上的基座、对称安装于基座四周并共处于同一平面整体成十字形布局的四根相同的含芯压电棒，分别为第一含芯压电棒、第二含芯压电棒、第三含芯压电棒、第四含芯压电棒；含芯压电棒一端固定于基座上，另一端自由；还包括安装于底座上的外壳；上述含芯压电棒由压电材料包裹芯棒组成，或由压电元件对称的粘贴在芯棒周围并且压电元件之间的空余部分用环氧树脂填满而组成，在压电材料或压电元件表面还沿轴向按上、下、左、右对称分布着四个表面电极。利用上述压电加速度传感器的加速度测量方法，其特征在于包括以下过程(1)、 将整个加速度传感器置于笛卡尔坐标系中，含芯压电棒所处的平面作为XOY平面，四根芯压电棒与基座安装处的中心位置为0点，其中第一含芯压电棒与X轴正方向重合，第二含芯压电棒与Y轴正方向重合、第三含芯压电棒与X轴负方向重合、第四含芯压电棒与Y轴负方向重合，过0点垂直XOY平面且方向向上为Z轴正方向；(2)、将第一含芯压电棒的上表面电极、右表面电极、下表面电极、左表面电极所带电荷值分别依次计作Qn、Q12、Q13、Q14 ；将第二含芯压电棒的上表面电极、右表面电极、下表面电极、左表面电极所带电荷值分别依次计作Q21、Q22、Q23、Q24 ； (3)、加速度a作用于含芯压电棒多维加速度传感器时，设加速度a和坐标轴X、Y、Z的正方向的夹角分别为为α、β、γ ； (4)、根据以下公式求解加速度a的大小和方向
权利要求
1.一种压电加速度传感器，其特征在于包括底座(4)、安装于底座(4)上的基座(2)、 对称安装于基座(2)四周并共处于同一平面整体成十字形布局的四根相同的含芯压电棒， 分别为第一含芯压电棒(10)、第二含芯压电棒(20)、第三含芯压电棒(30)、第四含芯压电棒(40)；含芯压电棒一端固定于基座上，另一端自由；还包括安装于底座(4)上的外壳 ⑶；上述含芯压电棒由压电材料包裹芯棒组成，或由压电元件对称的粘贴在芯棒周围并且压电元件之间的空余部分用环氧树脂填满而组成，在压电材料或压电元件表面还沿轴向按上、下、左、右对称分布着四个表面电极。
2.根据权利要求1所述的由压电元件粘贴在芯棒上组成的含芯压电棒，其特征在于 上述含芯压电棒横截面为圆形或正四边形或正八边形。
3.根据权利要求1所述的由压电元件粘贴在芯棒上组成的含芯压电棒，其特征在于 上述芯棒为金属材料或复合材料。
4.根据权利要求1所述的由压电元件粘贴在芯棒上组成的含芯压电棒，其特征在于 上述压电元件是由压电材料两面涂覆金属层，形成电极-电压材料-电极的三明治结构组成。
5.根据权利要求1所述的由压电元件粘贴在芯棒上组成的含芯压电棒，其特征在于 上述压电元件的截面形状，根据芯棒的截面形状，为圆弧形或矩形。
6.根据权利要求1所述的含芯压电棒，其特征在于上述含芯压电棒中压电材料或压电元件中压电材料为压电单晶、压电陶瓷、聚偏氟乙烯、压电复合材料之一或其种几种组合制成。
7.利用权利要求1所述压电加速度传感器的加速度测量方法，其特征在于包括以下过程(1)、将整个加速度传感器置于笛卡尔坐标系中，含芯压电棒所处的平面作为XOY平面，四根芯压电棒与基座安装处的中心位置为0点，其中第一含芯压电棒(10)与X轴正方向重合，第二含芯压电棒(20)与Y轴正方向重合、第三含芯压电棒(30)与X轴负方向重合、 第四含芯压电棒(40)与Y轴负方向重合，过0点垂直XOY平面且方向向上为Z轴正方向；(2)、将第一含芯压电棒(10)的上表面电极、右表面电极、下表面电极、左表面电极所带电荷值分别依次计作Qn、Q12、Q13、Q14 ；将第二含芯压电棒(20)的上表面电极、右表面电极、下表面电极、左表面电极所带电荷值分别依次计作Q21、Q22、Q23、Q24 ；(3)、加速度a作用于含芯压电棒多维加速度传感器时，设加速度a和坐标轴X、Y、Z的正方向的夹角分别为为α、β、Y ；(4)、根据以下公式求解加速度a的大小和方向
全文摘要
本发明公开一种含芯压电棒多维加速度传感器及加速度测量方法，涉及多维压电加速度传感器。将四根相同的含芯压电棒对称安装于基座四周并共处于同一平面，整体成十字形布局；含芯压电棒的一端固定于基座上，另一端自由；含芯压电棒由电材料环绕芯棒组成，或由压电元件粘贴在芯棒上组成。当传感器受到直线加速度作用时，根据不同含芯压电棒的各个电极上的电荷数值，可以判断出加速度的方向和大小。
文档编号G01P15/18GK102175892SQ20111002757
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者边义祥 申请人:边义祥