一种紧凑型三轴压电加速度计

1.本新型涉及压电加速度计技术领域，具体涉及一种紧凑型三轴压电加速度计。


背景技术：

2.按照测量原理，加速度计的种类分为压电式、压阻式、电容式和电磁式等。压电式加速度计利用压电材料的正压电效应来测量振动加速度的传感器。按照敏感元件的受力方式不同，压电加速度计又可分为平面压缩型、弯曲梁型和剪切型。其中剪切型压电加速度计具有灵敏度高、自噪声低、工作频带适中、工作温度广和抗冲击性好等优点，已成为目前使用最广泛的加速度传感器。
3.目前，剪切型三轴压电加速度计大都具有铁制外壳，此外壳既承担基座的功能，又起到屏蔽和保护的作用。为了保护作用充分及保证基座的刚度，这些铁制外壳大都比较厚实，导致了此类加速度计体积和质量较大。对于某些安装空间狭小或承载能力弱的应用场合，过大的体积和质量会限制这些压电加速度计的使用。


技术实现要素：

4.本新型提供了一种紧凑型三轴压电加速度计，目的是解决现有技术中存在的问题。
5.为达到上述目的，本新型技术方案为：
6.一种紧凑型三轴压电加速度计，包括壳体、3个加速度敏感单元、3个盖片以及3根信号输出线；所述壳体上沿x、y、z轴设有3个开口于壳体外表面的圆柱形腔，所述的圆柱形腔内分别设有1个加速度敏感单元，所述的加速度敏感单元的外侧端设有盖片，所述的盖片的边缘与圆柱形腔的内表面密封连接，3根信号输出线的一端分别贯穿入1个圆柱形腔内、并与该圆柱形腔内的加速度敏感单元电信号连接，另一端延伸出壳体外。
7.优选的，所述的壳体由立方体形金属块制成，沿x、y轴设置的2个圆柱形腔的外端口之间邻近立方体形金属块侧棱处由1个平面切割构成壳体的第五侧面，所述的第五侧面设有向壳体内延伸并与每个圆柱形腔连通的信号输出通道，所述的信号输出线沿信号输出通道敷设。
8.优选的，所述的圆柱形腔底部设有安装孔，所述的安装孔内设有内螺纹，所述的加速度敏感单元的底端与圆柱形腔底部螺接。
9.优选的，所述的加速度敏感单元包括底座、2个重块、2个剪切压电陶瓷片、2个电极片、1根螺杆、1根绝缘管及2个螺母；
10.所述的底座下端设有螺柱，所述的螺柱与安装孔螺接；所述的底座的上端沿轴向设有立方体形支柱，2个重块设于立方体形支柱的两侧，2个重块的相对面对称开设有凹槽，立方体形支柱的两端伸入相对应的凹槽内，并与对应的凹槽侧壁间隙配合；
11.所述的凹槽槽底与对应的立方体形支柱的侧面之间构成安装空间，2个安装空间之内分别设有1个剪切压电陶瓷片和1个电极片，同一安装空间内的剪切压电陶瓷片和电极
片电连接，所述的剪切压电陶瓷片的一面与凹槽槽底相抵，另一面与电极片的一面相抵，所述的电极片的另一面与立方体形支柱的外表面相抵并绝缘连接；
12.所述的重块、剪切压电陶瓷片、电极片、立方体形支柱上分别同轴设有连接孔，所述的连接孔内设有绝缘管，所述的绝缘管内贯穿有螺杆，所述的螺杆的两端延伸入2个重块的连接孔内，所述的重块的连接孔内设有螺母，所述的螺母与螺杆螺接，通过2个螺母将2个重块以及设于2个重块之间的剪切压电陶瓷片、电极片、立方体形支柱锁紧；
13.所述的重块的底端与底座上表面脱离，一侧的电极片、压电陶瓷片及重块通过螺杆和螺母与对侧的重块、压电陶瓷片及电极片构成电串联结构，其中一个电极片与信号输出线的端部电性连接。
14.优选的，所述的电极片朝向压电陶瓷片的一面设有导电层，另一面为绝缘层，其中一个电极片的导电层与信号输出线电性连接，所述的信号输出线为带屏蔽层的同轴信号电缆。
15.优选的，所述的底座为圆形结构，所述的重块的外表面为与底座同轴的弧形面。
16.优选的，位于2个重块相对面之间的立方体形支柱的两个裸露侧面上分别设有工装槽，所述的工装槽与专用的工装螺丝刀配合使用。
17.优选的，所述的重块由钨金属材料制成，所述的x、y、z轴相交。
18.本新型一种紧凑型三轴压电加速度计的有益效果：1.本新型结构紧凑，体积小，重量轻，可以应用在对体积、重量有限制的应用场合；2.本新型各加速度敏感单元与壳体间的装配采用螺纹连接方式，安装简单、可靠，垂直度好；3.本新型的加速度敏感单元采用压电剪切敏感结构，对敏感单元与壳体间螺纹连接的初始角度和终止角度无要求，便于装配；4.本新型加速度敏感单元采用压电剪切敏感结构，灵敏度高，检测性能更好；5.本新型壳体与信号输出线屏蔽效果好，抗电磁干扰能力强。
附图说明
19.图1、本新型的立体透视结构示意图；
20.图2、本新型的俯视角度剖视结构图；
21.图3、本新型加速度敏感单元的结构示意图；
22.1.壳体；2.加速度敏感单元；3.盖片；4.信号输出线；5.圆柱形腔；6.安装孔；7.信号输出通道；8.底座；9.重块；10.压电陶瓷片；11.电极片；12.螺杆；13.绝缘管；14.螺母；15.螺柱；16.立方体形支柱；17.工装槽。
具体实施方式
23.以下所述，是以阶梯递进的方式对本新型的实施方式详细说明，该说明仅为本新型的较佳实施例而已，并非用于限定本新型的保护范围，凡在本新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本新型的保护范围之内。
24.本新型的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“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，仅是为了描述本新型和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本新型的限制。
25.一种紧凑型三轴压电加速度计，如图1-3所示，包括壳体1、3个加速度敏感单元、3个盖片3以及3根信号输出线4；所述壳体1上沿x、y、z轴设有3个开口于壳体外表面的圆柱形腔5，所述的圆柱形腔5内分别设有1个加速度敏感单元，所述的加速度敏感单元的外侧端设有盖片3，所述的盖片3的边缘与圆柱形腔的内表面密封连接，3根信号输出线4的一端分别贯穿入1个圆柱形腔5内、并与该圆柱形腔5内的加速度敏感单元电信号连接，另一端延伸出壳体1外。
26.如图1、2所示，所述的壳体1由立方体形金属块制成，沿x、y轴设置的2个圆柱形腔5的外端口之间邻近立方体形金属块侧棱处由1个平面切割构成壳体的第五侧面，所述的第五侧面设有向壳体内延伸并与每个圆柱形腔5连通的信号输出通道7，所述的信号输出线4沿信号输出通道7敷设。
27.如图1、2所示，所述的圆柱形腔5底部设有安装孔6，所述的安装孔6内设有内螺纹，所述的加速度敏感单元的底端与圆柱形腔5底部螺接。
28.如图1、3所示，所述的加速度敏感单元包括底座8、2个重块9、2个剪切压电陶瓷片10、2个电极片11、1根螺杆12、1根绝缘管13及2个螺母14；即各个加速度敏感单元结构一样；所述的底座下端设有螺柱15，所述的螺柱15与安装孔6螺接；所述的底座8的上端沿轴向设有立方体形支柱16，2个重块9设于立方体形支柱16的两侧，2个重块9的相对面对称开设有凹槽(图中未标示)，立方体形支柱16的两端伸入相对应的凹槽内，并与对应的凹槽侧壁间隙配合；所述的凹槽槽底与对应的立方体形支柱的侧面之间构成安装空间，2个安装空间之内分别设有1个剪切压电陶瓷片10和1个电极片11，同一安装空间内的剪切压电陶瓷片10和电极片11电连接，所述的剪切压电陶瓷片10的一面与凹槽槽底相抵，另一面与电极片11的一面相抵，所述的电极片11的另一面与立方体形支柱16的外表面相抵并绝缘连接；所述的重块9、剪切压电陶瓷片10、电极片11、立方体形支柱16上分别同轴设有连接孔，所述的连接孔内设有绝缘管13，所述的绝缘管13内贯穿有螺杆12，所述的螺杆12的两端延伸入2个重块9的连接孔内，所述的重块9的连接孔内设有螺母14，所述的螺母14与螺杆12螺接，通过2个螺母将2个重块以及设于2个重块之间的剪切压电陶瓷片10、电极片11、立方体形支柱16锁紧；根据需要重块的连接孔可以为阶梯孔，这样满足锁紧需要，同时绝缘管仅延伸至阶梯孔的小径段内，除重块的连接孔外，其他的连接孔内径相同，其他的连接孔均与绝缘管过盈配合，小径段可与绝缘管间隙配合；作为优选方案，螺杆与立方体形支撑柱的侧壁垂直设置；所述的重块9的底端与底座8上表面脱离，一侧的电极片11、压电陶瓷片10及重块9通过螺杆12和螺母14与对侧的重块9、压电陶瓷片10及电极片11构成电串联结构，其中一个电极片11与信号输出线4的端部电性连接。
29.如图1、3所示，所述的电极片11朝向压电陶瓷片10的一面设有导电层，另一面为绝缘层，其中一个电极片11的导电层与信号输出线4电性连接，所述的信号输出线4为带屏蔽层的同轴信号电缆。
30.如图3所示，所述的底座8为圆形结构，所述的重块9的外表面为与底座同轴的弧形面。
31.如图3所示，位于2个重块9相对面之间的立方体形支柱16的两个裸露侧面上分别设有工装槽17，所述的工装槽17与专用的工装螺丝刀配合使用，并用以将所述底座8上的螺柱15旋紧在对应的圆柱形腔5底部的安装孔6上。
32.如图1所示，所述的重块9由钨金属材料制成，所述的x、y、z轴相交。
33.本新型的工作原理：
34.三个加速度敏感单元相互垂直，分别测量各自安装方向的振动加速度，并通过同轴信号缆将三个轴的振动加速度信号输出。
35.每个加速度敏感单元的重块均由螺杆和螺母提供贴紧压电陶瓷片的预应力，加速度敏感单元在受到其安装方向的振动加速度作用后，其上的重块由于惯性会产生与振动加速度相对应的振动趋势，在垂直于接触面的预应力的作用下，会在重块与压电陶瓷片的接触面产生与振动趋势相反的静摩擦力，此静摩擦力作用在压电陶瓷片上，即为剪切力，在剪切力的作用下，压电陶瓷片的两电极间产生电压差，同一个加速度敏感单元的两片压电陶瓷片上的电压以串联方式输出，形成与振动加速度相对应的输出信号。互相正交的三个加速度敏感单元分别测量各自安装方向上的振动加速度，因此能够同时测量三维度上的加速度信号。