CN201322755Y - 一种双压电环-金属壳对称结构加速度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于传感器和换能器技术领域,具体涉及到一种压电加速度计,其中敏感单元由完全相同的两组压电环-金属壳-质量块结构对称装配而成,利用弯曲模式工作。本实用新型采用双压电环-金属壳-质量块结构制作的压电加速度计,具有灵敏度高、横向响应小节省压电材料、适合低频应用的特点,可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动测量。
Description
【技术领域】
本实用新型属于传感器和换能器技术领域,具体涉及到一种压电加速度计。
【背景技术】
传感器技术是现代科技的前沿技术,是现代信息技术的三大支柱之一,其水平的高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一,加速度计作为一种传感器被广泛地应用于航空航天、汽车工业、自动化控制、机器人、生物医学以及军事领域。
加速度计按传感的敏感材料来分可以分为压电式、电容式、动圈式、压阻式、隧道式、扭摆式、力平衡式、谐振式、光纤、温度效应等加速度计;按感应的方向可以分为单轴加速度计和多轴加速度计。
尽管加速度计的种类很多,但是压电加速度计目前依然占主要地位。压电加速计的基本原理是牛顿力学,主要是利用了压电材料的压电效应,它的特点是:高Q值、低阻尼、高的输出阻抗、温度范围广。所谓压电效应是指某些晶体在受到外力作用而发生形变时,在它的某些表面上会出现电荷。压电加速度计的敏感单元是在基座上通过弹性元件连接质量块,弹性元件由压电材料构成或在其上附有压电材料,当外界的加速度作用在基座上时,质量块会受到惯性力的作用,并产生相应的振动,弹性元件在质量块的作用下会发生形变,同时也会使压电材料发生形变,压电材料因为压电效应而产生电压。压电陶瓷是目前主要的压电材料,但是脆性很大,PVDF(聚偏二氟乙烯,PolyvinylideneFluoride)是一种具有较强压电性的新型的压电材料,并且容易弯曲,是制作传感器的良好材料。
常用的压电式加速度计的结构大体有以下三种类型:压缩式、剪切式和弯曲式。压缩式加速度计是目前比较常见的一种,其中正压式单轴压电加速度计的敏感单元结构如图1所示,包括基座13、质量块11和连接它们的压电片12,该类加速度计结构简单,装配简单,但灵敏度低。
【实用新型内容】
为了克服压电加速度计灵敏度低的缺点,本实用新型提供一种灵敏度高的压电加速度计。
本实用新型的技术方案如下:
一种压电加速度计,包括敏感单元、中心支承板、电极引线、前置放大电路、外壳支撑座、外壳和输出电缆,其中敏感单元由完全相同的两组压电环-金属壳-质量块结构对称装配而成,两组压电环-金属壳-质量块结构对称地粘接在中心支承板的两侧,电极引线与中心支承板连接。两个金属壳的外侧边缘与中间夹心的压电环紧紧粘连在一起。两个金属壳分别与质量块固定。敏感单元的中心支承板的边缘固定在外壳支撑座上,两个金属块悬空作自由振动。
上述金属壳可以采用黄铜、不锈钢、铝合金等材料制成,金属壳可以是平顶锥形或平顶半球形。压电环可为压电陶瓷材料(例如PZT)、压电材料-环氧树脂的复合材料(0-3型,1-3型,1-3-2型或2-2型)或者弛豫铁电单晶材料(例如PMN-PT,PZN-PT)。压电环的中心孔径可以大于或等于0(成为压电片)。质量块为钨材料。
在振动测量时,底座固定在被测对象上,振动加速度通过外壳支撑座无损地传递到敏感单元的中心支承板上,由于与金属壳粘连的质量块的惯性作用,通过上下金属壳在两个压电环上形成弯矩,引起压电环的形变,从而在每个压电环的上下电极之间产生响应电压。
由于对称连接,两个压电环的电极反相,垂直加速度在两个压电环上引起的电压反相,相减可以得到二倍的加速度响应;而横向加速度在两个压电环上引起的电压同相,相减后相互抵消,从而抑制横向加速度响应。当然,两个压电环也可同相粘接,此时垂直加速度在两个压电环上引起的电压同相,相加可以得到二倍的加速度响应;而横向加速度在两个压电环上引起的电压反相,相加后相互抵消,从而也可抑制横向加速度响应。
本实用新型的优点与技术效果:采用金属壳和压电环的压电-金属复合材料代替传统正压型压电加速度计的压电片,在体积增加不大的情况下,大幅度提高了加速度计的灵敏度;在压电-金属复合材料中采用压电环代替压电片,在尺寸相同的情况下,降低了一阶固有频率,适合低频使用;进一步提高了灵敏度,同时节省了压电材料;采用双压电环-金属壳-质量块的对称结构,有效地抑制了加速度计的横向响应。总之,本实用新型采用双压电环-金属壳-质量块结构制作的压电加速度计,具有灵敏度高、横向响应小节省压电材料、适合低频应用的特点,可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动测量。
【附图说明】
图1是正压式单轴压电加速度计原理示意图。
图2是本实用新型压电加速度计的中心剖面正视图。
【具体实施方式】
下面结合附图,通过实施例进一步详细说明本实用新型,但不以任何方式限制本实用新型的范围。
如图2所示,该加速度计的敏感单元由两组压电环-金属壳-质量块结构对称装配而成。每组压电环-金属壳-质量块结构由金属壳62边缘与压电环61用环氧树脂紧密粘接构成压电-金属复合材料,再将金属壳顶部用环氧树脂与圆柱形金属质量块63同轴粘接而成。两组压电环-金属壳-质量块结构对称地粘接在中心支承板60的两侧。
制作好的敏感单元通过中心支承板60用环氧树脂紧紧固定在外壳支撑座65上,从金属外壳66的边缘和中心支承板60用焊锡焊接引出电极引线67,连接电极引线67至双路前置放大电路64的输入端,双路前置放大电路64的输出经调理及相加或相减处理后由输出电缆68输出,将金属外壳66与安装底座69固定。
Claims (8)
1、一种压电加速度计,包括敏感单元、中心支承板、电极引线、前置放大电路、外壳支撑座、外壳和输出电缆,其特征在于:所述敏感单元由完全相同的两组压电环-金属壳-质量块结构对称装配而成,两组压电环-金属壳-质量块结构对称地粘接在中心支承板的两侧,电极引线与中心支承板连接。
2、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:每组压电环-金属壳-质量块结构是由一片金属壳、一个压电环与一个质量块粘接组成,金属壳的边缘与压电环粘接,顶部与质量块粘接。
3、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述金属壳是平顶锥形或平顶半球形。
4、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述压电环是压电陶瓷材料。
5、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述压电环是弛豫铁电单晶材料。
6、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述压电环的中心孔径大于或等于0。
7、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述压电环是压电材料-环氧树脂的复合材料。
8、如权利要求1所述的压电加速度计,其特征在于:所述质量块为钨材料。
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2008
- 2008-11-28 CN CNU2008202139818U patent/CN201322755Y/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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CN104655430A (zh) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 冷却式振动信号传感装置 |
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