一种三轴加速度传感器的制作方法

本实用新型涉及一种加速度传感器，特别涉及一种三轴加速度传感器。

背景技术：

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。其通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

压电式加速度传感器又称压电加速度计，属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

目前，压电加速度传感器在工业中应用广泛(电力、轨道交通、工程机械等)，主要用于监测重要设备的健康状态，因此要求传感器具有很高的振动检测。现有三轴加速度传感器大多体积大，扫频范围较窄，不便应用于要求传感器质量与体积小的场合。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种体积小、扫频范围宽的三轴压电式加速度传感器。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种三轴加速度传感器，该传感器包括：

外壳；

3个传感器组件，两两相互垂直设置于所述外壳内；

调理电路板，设置于所述外壳内，其输入端分别与3个所述传感器组件和所述外壳连接；和

连接器，设置于所述外壳外，其与所述调理电路板的输出端连接；

每个所述传感器组件包括压电陶瓷、质量块和热缩环；所述质量块套接于所述压电陶瓷，所述热缩环套接于所述质量块；所述质量块包括第一半环质量块和与所述第一半环质量块对应的第二半环质量块。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述外壳内设置具有两两相互垂直的3个支柱的支架；3个所述传感器组件的压电陶瓷分别套接于一所述支柱。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述压电陶瓷包括第一半环压电陶瓷和与所述第一半环压电陶瓷对应的第二半环压电陶瓷。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，3个所述支柱对应的所述外壳上分别设置第一安装口，其中，2个所述第一安装口以上盖密封，1个所述第一安装口以连接器接口密封。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器接口具有第二安装口，所述第二安装口内连接所述调理电路板，所述第二安装口外连接所述连接器。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器焊接于所述连接器接口，并通过所述第二安装口伸入所述连接器接口内。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器为四芯连接器。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述上盖焊接于所述外壳的所述第一安装口的边沿。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器接口焊接于所述外壳的所述第一安装口的边沿。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器焊接于所述连接器接口的所述第二安装口的边沿。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型提供的三轴加速度传感器设置两两相互垂直的3个传感器组件，能够同时监测三个正交轴向的加速度。

2.本实用新型提供的三轴加速度传感器的压电陶瓷、质量块均采用两半环的组合结构，使得压电陶瓷和质量块的整体具有更大的形变量，便于压电陶瓷和质量块的装配，便于加工且能够使得压电陶瓷和质量块产生形变时减小对传感器组件整体性能的影响。

3.本实用新型提供的三轴加速度传感器采用热缩环固定压电陶瓷和质量块，尺寸小，质量轻。且该三轴加速度传感器能够耐受高温，并且保持较低的灵敏度温漂，可以在高温的环境里正常运行。

附图说明

图1示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的结构拆分示意图；

图2示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的剖视图；

图3示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的传感器组件的拆分示意图。

附图标记说明：1-外壳、11-支架、111-支柱、112-连接部、12-第一安装口、2-传感器组件、21-压电陶瓷、211-第一半环压电陶瓷、212-第二半环压电陶瓷、22-质量块、221-第一半环质量块、222-第二半环质量块、23-热缩环、3-上盖、4-调理电路板、5-连接器接口、51-第二安装口、6-连接器。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例的三轴加速度传感器用于检测待测设备的健康情况，且能够采集待测设备在空间三维坐标系下的加速度情况。三轴加速度传感器能够采集待测设备的振动数据，并进一步地将振动数据转换成电信号，然后将该电信号发送到其它设备进行后续分析处理，进而监测待测设备三个正交轴向的加速度。

图1、2示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的结构示意图。该传感器包括外壳1、3个传感器组件2、调理电路板4和连接器6。外壳1用于为3个传感器组件2提供安装基础。外壳1能够将3个传感器组件2封装在其内部，从而对3个传感器组件2形成保护。3个传感器组件2两两相互垂直地设置于外壳1内，分别用于检测x轴、y轴以及z轴方向上的加速度。x轴、y轴以及z轴两两相互垂直。调理电路板4设置于外壳1内，其具有4个输入端，分别与3个传感器组件2和外壳1连接。连接器6设置于外壳1外，其与调理电路板4的输出端连接。3个传感器组件2经调理电路板4通过连接器6与外部设备电气连接，从而能够将自身的输出信号发送到外部设备。

具体的是，图2所示，每个所述传感器组件2包括压电陶瓷21、质量块22和热缩环23。压电陶瓷21能够耐受高温，并且可以保持较低的灵敏度温漂。质量块22具有通孔，且套接于压电陶瓷21上。热缩环23具有通孔，且套接于质量块22上。由于压电陶瓷21与质量块22之间直接接触且过盈配合，不需要设置中间连接层，因此，提高了传感器组件2的整体刚度，改善了传感器组件2的频响特性，也大大减小了在高温环境下使用时应力波动的问题，高温特性好。因此，具有该传感器组件2的三轴加速度传感器具有良好的频响特性及谐振性能，能够保证检测结果的准确性。

在一实施例中，质量块22为环形结构体，其包括第一半环质量块221和与第一半环质量块221对应的第二半环质量块222，第一半环质量块221和第二半环质量块222组成环形的质量块，且套接于压电陶瓷21上。质量块的此结构使得质量块22整体具有更大的形变量，便于质量块22的装配，便于加工且能够使得质量块22产生形变时减小对传感器组件2的整体性能的影响。热缩环23为环形结构体，且套接于第一半环质量块221和第二半环质量块222组成环形的质量块22上，其是一在加热到一定温度后能够收缩变小并保持热缩后形状的环形零件。在初始安装状态时或加热后，第一半环质量块221和第二半环质量块222亦可接触，可不接触。

在另一实施例中，外壳1内设置支架11，支架11连接于外壳1内部，支架11包括两两相互垂直的3个支柱111。3个支柱111可单独设置于外壳1内部，亦可链接为一体设置于外壳1内部。压电陶瓷21为环形结构体，其套接于支柱111上，质量块22套接于压电陶瓷21上，热缩环23套接于质量块22上，使得3个传感器组件2形成两两相互垂直设置。

具体的是，外壳1包括连接部112和两两相互垂直的3个支柱111。连接部112固接于外壳1的内部，3个支柱111为圆柱状结构，其均连接于连接部112上。外壳1、连接部112和支柱111可为但不局限于一体成型。3个传感器组件2的压电陶瓷21分别套接于一支柱111上。压电陶瓷21包括第一半环压电陶瓷211和与第一半环压电陶瓷211对应的第二半环压电陶瓷212，第一半环压电陶瓷211和第二半环压电陶瓷212组成环形的压电陶瓷。使得压电陶瓷21整体具有更大的形变量，便于压电陶瓷21的装配，便于加工且能够使得压电陶瓷21产生形变时减小对传感器组件2的整体性能的影响。压电陶瓷21的内圈与支柱111的外圈配合，质量块22的内圈与压电陶瓷21的外圈配合，质量块22的外圈与热缩环23的内圈配合。热缩环23具有热缩性，当支柱111、压电陶瓷21、质量块22、热缩环23组装一起后，通过加热，在热缩环23缩小的时候将质量块22和压电陶瓷21抱紧于支柱111上。在初始安装状态时或加热后，第一半环压电陶瓷211和第二半环压电陶瓷212可接触，可不接触；第一半环质量块221和第二半环质量块222亦可接触，可不接触。

进一步的，如图3所示，压电陶瓷21包括相对的内环面及外环面，即第一半环压电陶瓷211包括相对的第一半环内环面及第一半环外环面，第二半环压电陶瓷212包括相对的第二半环内环面及第二半环外环面。第一半环压电陶瓷211和第二半环压电陶瓷212扣合于支柱111，使得压电陶瓷21的第一半环内环面和第二半环内环面套接在支柱111上，且压电陶瓷21位于连接部112的上方并悬空设置。压电陶瓷21的内环面的直径小于支柱111的直径，即第一半环压电陶瓷211的第一半环内环面和第二半环压电陶瓷212的第二半环内环面的组合直径小于支柱111的直径。压电陶瓷21与支柱111之间直接接触且过盈配合。在初始安装状态或加热后，第一半环压电陶瓷211的两端面与第二半环压电陶瓷212的两端面可接触，可不接触。质量块22包括相对的内环面及外环面，即第一半环质量块221包括相对的第一半环内环面及第一半环外环面，第二半环质量块222相对的第二半环内环面及第二半环外环面。第一半环质量块221和第二半环质量块222扣合于压电陶瓷21，使得质量块22的第一半环内环面和第二半环内环面套接在压电陶瓷21的第一半环外环面和第二半环外环面上，且质量块22位于连接部112的上方并悬空设置。质量块22的内环面的直径小于压电陶瓷21的外环面的直径，即第一半环质量块221的第一半环内环面和第二半环质量块222的第二半环内环面的组合直径小于压电陶瓷21的外环面的直径。压电陶瓷21与质量块22之间直接接触且过盈配合。在初始安装状态或加热后，第一半环质量块221的两端面与第二半环质量块222的两端面可接触，可不接触。热缩环23包括相对的内环面及外环面，热缩环23的内环面套接在质量块22的第一半环外环面和第二半环外环面上，且热缩环23位于连接部112的上方并悬空设置。优选但不局限于，压电陶瓷21的宽度与质量块22的宽度相当，热缩环23的宽度小于压电陶瓷21和质量块22。热缩环23具有热缩性，通过设置热缩环23，能够给压电陶瓷21和质量块22施加一定的预紧力，便于支柱111、压电陶瓷21及质量块22的装配结合，并能够提高支柱111、压电陶瓷21及质量块22之间的连接强度，提升传感器组件2的整体刚度，继而保证三轴加速度传感器的频响特性。当支架11、压电陶瓷21、质量块22、热缩环23组装一起后，通过加热，在热缩环23缩小的时候，将质量块22和压电陶瓷21抱紧于支柱111，以使压电陶瓷21与质量块22以及压电陶瓷21与支柱111形成过盈配合。

可以理解的是，压电陶瓷21并不限于由两个截面形状规整成半圆的第一半环压电陶瓷211和第二半环压电陶瓷212组成，即第一半环压电陶瓷211和第二半环压电陶瓷212为相同形状。在其他可选的实施例中，压电陶瓷21也可由一稍大的扇形环和一稍小的扇形环组成。或组成压电陶瓷21的两扇形环的相对端面不限于沿着压电陶瓷21的轴线方向延伸，也可以与压电陶瓷21的轴线相交，只要保证两扇形环可组成环形的压电陶瓷即可。质量块22的结构同上。压电陶瓷21在另一些实施例中，还可以采用压电单晶体，如石英晶体。压电陶瓷21、质量块22并不仅限为圆环形结构体，在一些可选的实施例中，还可以采用多边形环结构体，相应的，支柱111可以为多边形柱状结构，只要能够满足传感器组件2的使用要求均可。热缩环23的结构也并不仅限为圆环形结构体，相应于质量块22的结构，也可以对应采用多边形环结构体。

在一实施例中，3个支柱111对应的外壳1上分别设置第一安装口12，共3个第一安装口12。其中，2个第一安装口12以上盖3密封，其余1个第一安装口12以连接器接口5密封。连接器接口5为具有深度的柱状连接件，连接器接口5上(柱状的一端面)设置第二安装口51，并与外壳1内部连通。第二安装口51沿柱状的轴线具有内、外边缘。第二安装口51内(内边缘)用胶水连接调理电路板4，调理电路板4的外周边与第二安装口51的内边缘贴合。第二安装口51外(外边缘)连接连接器6。具体的是，连接器6为四芯连接器，例如m4.5连接器。3个质量块22上分别焊接一漆包线，并逐一与调理电路板4的一输入端连接。外壳1上焊接漆包线，并与调理电路板4的一输入端连接。连接器6焊接于连接器接口51的外边缘，并通过第二安装口51使其pin针伸入连接器接口51内，4根pin针连接于调理电路板4的4个输出端。上盖3通过焊接的方式连接于外壳1的第一安装口12的边沿，连接器接口51通过焊接的方式连接于外壳1的第一安装口12的边沿。连接器6通过焊接的方式连接于连接器接口51的第二安装口51的边沿。

在一实施例中，外壳1优选为但不局限于正方体结构，也可为长方体或其他不规则形状。第一安装口12优选为但不局限于圆形。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。