CN1159573A - 振动检测传感器 - Google Patents

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Abstract

一种振动检测传感器包括：振动壳、固定在振动壳上的隔离元件、一端支撑在隔离元件上的悬臂压电振动器、振动器的上下电极、将上下电极短路的板、覆盖元件、引入线及放大器。它通过使用温度补偿压电元件，从而消除环境温度变化的影响，并且防止外界噪音进入装置内部。所以，可以有效地检测振动。

Description

振动检测传感器
本发明涉及一种使用压电元件的振动检测传感器，更具体地，涉及一种可消除温度和噪音影响的振动检测传感器。
一般地，振动检测传感器用于电动血压计中和在检测振动的机器中。
参考图1至图3，现有的振动检测传感器包括：一个圆形振动板1；一个覆盖元件2，它覆盖在圆形振动板1上；一个压电元件3，它固定在振动板1的上表面中心处；和一个引入线4，它与压电元件3电连接。
在上述现有的振动检测传感器中，振动板1是由内部分布有金属颗粒的塑料和橡胶之类的材料制成的。压电元件3是由内部分布有PZT(锆钛酸铅)或BaTiO3(钛酸钡)之类的铁电性微粒的橡胶或合成树脂组成的复合材料制成，它通过粘合剂固定在振动板1上。覆盖元件2由金属材料制成，它包括筒形壁2a和位于壁2a上面的圆形顶板2b。在壁2a的下面，有一个槽形法兰2c，从而使振动板1咬在槽形法兰2c中，并连接覆盖元件2。另外，在槽形法兰2c上面的壁2a上开有缝孔2d，引入线4可由此***覆盖元件2。引入线4的芯线4a的一端通过焊点5焊在压电元件3的上表面，引入线4的屏蔽线4b也是通过焊接与壁2a连接。
当上述现有的振动检测传感器的振动板1放在人的动脉附近或放在被检测的机器上时，振动板1根据人的脉博或机器的振动来振动，并在压电元件3的上、下表面产生一个电位差。因为振动板1通过其中的金属微粒导电，和覆盖元件2的壁2a连接的屏蔽线4b与压电元件3的下面电连接，所以，压电元件3上产生的电位差通过引入线4的电信号输出，从而检测振动。
然而，由于上述现有的振动检测传感器使用单板压电元件，所以由于周围环境温度的变化会产生误差信号；因为，引入线4经过壁2a上的孔2d插到覆盖元件2中，外部噪音可以穿过孔2d。
为了克服和减轻上述问题，本发明的目的是提供一种通过减小环境温度变化的影响和防止外部噪音穿过覆盖元件来提高振动检测效果的振动检测传感器。
为了实现上述目的，这里提供了一种振动检测传感器，包括：
一个振动壳；
一个隔离元件，它固定在上述振动壳上；
一个悬臂结构的压电振动器，它的一端支撑在上述隔离元件上；
上述压电振动器上下表面的电极层；
一个连接上述电极层并起短路作用的板；
一个覆盖元件，用以覆盖上述振动壳；
一个引入线，它经过上述覆盖元件与上述压电振动器连接；以及
一个放大器，它和上述引入线连接。
参考附图，通过对优选实施例的详细介绍，本发明的上述目的和优点就会更加明显。这些附图包括：
图1是现有振动检测传感器的透视图；
图2是图1所示传感器沿II-II截面的剖视图；
图3是图2所示传感器沿III-III截面的剖视图；
图4是本发明的一个实施例中振动检测传感器的剖视图；
图5表示图4所示振动检测传感器的引入线的连接状态；
图6表示图4所示振动检测传感器的振动检测状态。
参考附图4，根据本发明的一个优选实施例的振动检测传感器包括：一个筒形振动壳11，它的壁11a有一定的高度；一个具有预定高度的隔离板12，其固定在振动壳11的下面；和一个压电振动器13。这里，隔离板12是由Al2O3制成，压电振动器13形成一悬臂结构，其一端固定在隔离板12的上表面。当检测振动时，悬臂结构允许压电振动器13的自由端沿振动方向运动，从而可实现精确检测。
压电振动器13是双压电晶片结构，其第一个压电元件131用于检测振动，第二个压电元件132用于补偿温度变化，它们通过导电粘合剂叠在一起。第一和第二压电元件131和132按同一方向极化。金属板14插在压电元件131和130之间，起连接电极的作用。金属板14伸过压电元件131和132的固定端形成伸出端4a，它和一地线16连接。另外，第一和第二压电元件131和132的上、下表面涂上银浆，分别形成第一和第二电极。引入线15在焊点15a处通过焊接和第一电极131a连接。
引入线15和地线16分别和图5所示的运算放大器(op-amp)30的反向输入端和非反向输入端连接。第一压电元件131的第一电极131a和第二压电元件132的第二电极132a被设置在压电振动器13的自由端的槽形铜板13短接。覆盖元件18盖住振动壳11，其上具有分别使引入线15和地线16穿过的孔18a和18b。此处，这些孔由玻璃材料密封。
振动壳11是由内部分布有金属微粒的塑料或橡胶之类的材料制成的。压电元件131和132，和现有技术相同，是由复合塑料材料制成，例如，内部分布有象PZT或BaTiO3之类的铁电性颗粒的合成树脂或橡胶制成。
根据上述振动检测传感器，当振动壳11检测振动时，悬臂结构的压电振动器13的自由端在图6所示的振动影响下而上下振动。例如，如果振动方向是向下的，第一压电元件131伸长，而第二压电元件132压缩。所以，与压电元件变形量相应而产生一定量的电荷，然后，该电荷转变成电信号，经过第一电极131a和金属板14传送到运算放大器30中。第一压电元件131的第一电极131a通过电阻R1和运算放大器30的反向输入端连接，金属板14通过地线16与运算放大器30的正向输入端连接。因为，运算放大器30的输入和输出是阻抗匹配的，最大电流通过放大，运算放大器30的输出端输出电压V0。模拟信号电压V0通过比较器(图中设有显示)转变成数字方波信号，从而检测振动量。
如上所述，在本发明的一个实施例中，使用温度补偿压电元件的振动检测传感器可以消除环境温度变化所产生的影响，从而可以检测来自振动的纯信号。另外，因为引入线经过的孔中填有玻璃材料，所以这种传感器可以防止外部噪音穿过壳体。
这种振动检测传感器并不限于上述实施例，还可以在权利要求范围内进行修改。例如，本发明的振动检测传感器的一个实施例还可以有效地检测洗衣机的旋转循环中由于离心力而引起的低频带振动。

Claims (8)

1、一种振动检测传感器，包括：
一个振动壳；
一个隔离元件，它固定在上述振动壳上；
一个悬臂结构的压电振动器，它的一端支撑在上述隔离元件上；
上述压电振动器上下表面的电极层；
一个连接上述电极层并起短路作用的板；
一个覆盖元件，用以覆盖上述振动壳；
一个引入线，它经过上述覆盖元件与上述压电振动器连接；以及
一个放大器，它和上述引入线连接。
2、如权利要求1所述的振动检测传感器，其中，上述隔离元件是由Al2O3制成的。
3、如权利要求1所述的振动检测传感器，其中，上述压电振动器具有一双压电结构，其中，第一压电元件用于检测振动，第二压电元件用于温度补偿，第一和第二压电元件互相叠放。
4、如权利要求3所述的振动检测传感器，其中，上述第一和第二压电元件按同一方向极化。
5、如权利要求3所述的振动检测传感器，其中，一个起连接电极作用的金属板插在上述第一和第二压电元件之间。
6、如权利要求5所述的振动检测传感器，其中，上述金属板有一个突出部，它从上述压电振动器延伸出来，一地线和上述突出端连接。
7、如权利要求1所述的振动检测传感器，其中，上述金属板是由铜制的。
8、如权利要求1所述的振动检测传感器，其中，上述覆盖元件上有一个孔，上述引入线穿过该孔，上述孔用玻璃材料密封。
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