CN201514275U - 一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于传感器领域，提供了一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，包括一接触式传振头、一压电薄膜传感元件、一信号引出件及一固定件，所述接触式传振头与压电薄膜传感元件紧密连接成一组合体，所述组合体的周边由所述固定件固定，所述压电薄膜传感元件与所述信号引出件电连接。使用时，接触式传振头的头部与被测物体接触，被测物体的振动通过接触式传振头传递给压电薄膜传感元件，从而实现对物体振动的在线监测，本实用新型可适合于不同振动形式和不同监测环境，成本低廉、灵敏高。

Description

一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其可以应用在常规的振动监测，特别是振动较微弱的情况下，也可以应用在医学中做电子听诊器，如测量脉搏等。

背景技术

目前有很多关于振动监测的的方法，如中国专利ZL93247606.6公开的一种压电振动传感器，它采用了T型结构加钢球，结构较复杂，且由于钢球的位置不定，一致性较差；又如公开号为CN 1603841A中介绍的压电型振动传感器，由于压电薄膜传感元件悬空在一开放的壳体内，被监测物体的振动通过壳体传递给外框，然后通过外框传递给压电薄膜传感元件，经过多次的传递，信号会衰减很多，对于一些微弱的振动，其监测的灵敏度会很低；再如中国专利CN101135658A公开的采用压电陶瓷材料制作的振动传感器识别水沸点的方法，该方法能监测到水温高于70℃后的振动，因为此时的振动较强烈，而对于水温小于70℃之前的微弱振动信号并不能监测到，可见该方法的监测灵敏度不高，另外该方法采用的压感材料为压电陶瓷，其本身加工性能差，柔性不好，安装不方便，且价格较昂贵，使其应用范围有很大的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适合于产业化生产、成本低廉、灵敏高、适合于不同振动形式和不同监测环境的压电传感器。

本实用新型是这样实现的，一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，包括一接触式传振头、一压电薄膜传感元件、一信号引出件及一固定件，所述接触式传振头与压电薄膜传感元件紧密连接成一组合体，所述组合体的周边由所述固定件固定，所述压电薄膜传感元件与所述信号引出件电连接。

具体地，所述接触式传振头为由硅胶或橡胶制成的弹性体，所述接触式传振头的头部和底部为弧形或平面形。

具体地，所述压电薄膜传感元件由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及导电层组成。

具体地，所述压电薄膜传感元件采用自屏蔽结构，其表面涂覆有多层导电材料，外层包裹内层，且外层的导电材料短路。

具体地，所述压电薄膜传感元件与接触式传振头之间采用粘结剂紧密连接成一组合体，所述粘结剂为硅胶或橡胶。

具体地，所述信号引出件包括两端子与两引线，所述端子与压电薄膜传感元件压接，所述引线与端子焊接。

或者，所述信号引出件包括一PCB板与两引线，所述PCB板与压电薄膜传感元件压接，所述引线与PCB板焊接。

具体地，所述固定件由一上壳和一下壳组成，所述下壳内设有一避空槽及两个位于所述避空槽两端的凸台，所述组合体悬空设于所述避空槽上；所述组合体的边缘由所述上壳和所述下壳内的凸台压紧固定。

或者，所述固定件为可将所述组合体的边缘固定的PCB板夹持件、五金夹持件或塑胶夹持件。

亦或，所述固定件为可将所述组合体的边缘固定的螺钉、铆钉、压片或压块。

使用时，接触式传振头的头部与被测物体接触，被测物体的振动通过接触式传振头传递给压电薄膜传感元件，从而实现对物体振动的在线监测，本实用新型可适合于不同振动形式和不同监测环境，成本低廉、灵敏高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的压电传感器的原理示意图；

图2A是本实用新型实施例提供的压电传感器结构的右剖视图；

图2B是本实用新型实施例提供的压电传感器结构的主剖视图；

图3是本实用新型实施例提供的压电薄膜传感元件与端子和导线的连接示意图；

图4A是本实用新型实施例提供的采用多层导电材料的自屏蔽结构示意图；

图4B是本实用新型实施例提供的采用单层对折的自屏蔽结构示意图；

图5A是本实用新型实施例提供的接触式传振头结构示意图；

图5B是本实用新型实施例提供的另一接触式传振头结构示意图；

图5C是本实用新型实施例提供的另一接触式传振头结构示意图；

图6A是本实用新型实施例提供的接触式传振头与压电薄膜传感元件的连接示意图；

图6B是图6A的右视图；

图7是本实用新型实施例提供的外壳的内部结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的底座的内部结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的压电传感器用于监测电磁炉烧开水的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供的高灵敏度接触式振动监测压电传感器，包括一接触式传振头1、一压电薄膜传感元件2、一信号引出件3及一固定件4，所述接触式传振头1与压电薄膜传感元件2紧密连接成一组合体，所述组合体的周边由所述固定件4固定，所述压电薄膜传感元件2与所述信号引出件3电连接。使用时，接触式传振头1的头部与被测物体接触，被测物体的振动通过接触式传振头1传递给压电薄膜传感元件2，从而实现对物体振动的在线监测，本实用新型可适合于不同振动形式和不同监测环境，成本低廉、灵敏高。

以下对本实用新型作详细说明。

如图3、图4A所示，所述压电薄膜传感元件2的电荷引出方式如下：所述压电薄膜传感元件2由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及导电层组成，并采用如图4A自屏蔽结构，在其表面涂覆有多层导电材料，外层包裹内层，且外层的导电材料短路。所述信号引出件3包括两端子31与两引线32，所述端子31与压电薄膜传感元件2压接，所述引线32与端子31焊接。上述结构及连接关系具体为：所述压电薄膜传感元件2由2a层、2b层、2c层、2d层、2e层组成，首先在2b层的上下两面丝印银粉，形成负极2a层和正极2c层，注意在设计时，2a层的工作区域略大于2c层的工作区域，接着在2c层另一面用双面胶贴上一层绝缘层2d层，然后在2d层上再丝印一层银粉形成2e层，该2e层的形状与2a层类似，且要求能完全覆盖2c层，最后通过端子31将2e层和2a层导通，从而形成对2c层的屏蔽；然后，将端子31压接到压电薄膜传感元件2上，再将导线32焊接到端子31上，即实现了将压电薄膜传感元件2的电荷引出的目的。

应当理解，所述信号引出件3也可由一PCB板(图中未示出)和两引线(图中未示出)组成，所述PCB板与压电薄膜传感元件2压接，所述引线与PCB板焊接。另外，所述压电薄膜传感元件2也可以采用如图4B所示的采用单层对折的自屏蔽结构，该压电薄膜传感元件2由2a层、2b层、2c层组成，然后对折即可，也属于本实用新型的保护范围。

如图2A、图2B、图5A、图6A及图6B所示，所述接触式传振头1与压电薄膜传感元件2之间的连接方式如下：本实施例中，所述接触式传振头1为由硅胶或橡胶制成的弹性体，所述接触式传振头1的头部和底部为弧形或平面形，所述压电薄膜传感元件2与接触式传振头1之间采用硅胶或橡胶等粘结剂紧密粘结成一组合体，具体为：接触式传振头1的头部1a采用如图5A所示的球形结构，接触式传振头1的底部1b采用弧形结构，底部1b与压电薄膜传感元件2的弧形部22相匹配并采用硅胶或橡胶粘接，接触式传振头1的边缘1c与压电薄膜传感元件2的边缘21也采用硅胶或橡胶粘结，从而使两者成为一组合体，这样可以减少或者避免信号在传递过程中的衰减。图6B中所示的h为两者边缘的厚度，图6A中阴影部分为两者的结合区域。应当理解，所述接触式传振头1头部1a也可以是平面的(如图5B所示)，所述接触式传振头1的底部1b也可以使平面的(图5C所示)，均属于本实用新型的保护范围。

如图2A、图2B、图7及图8所示，本实用新型的压电传感器的总装方式如下：所述固定件4由一上壳41和一下壳42组成，所述下壳42内设有一避空槽421及两个位于所述避空槽421两端的凸台422，所述组合体悬空设于所述避空槽421上；所述组合体的边缘由所述上壳41和所述下壳42内的凸台422压紧固定。具体装配过程为：首先，将粘接在一起的接触式传振头1与压电薄膜传感元件2形成的组合件放入上壳41中，其中上壳41中间的圆孔411起导向作用，上壳41的四个方形凸台412起定位作用，压紧接触式传振头1和上壳41；然后，将下壳42安装到上壳41上，其中所述方形凸台412和下壳42的四个导向柱423对齐，起导向定位作用，上壳41上的卡扣413和下壳42上的卡扣424对接，起连接作用，且该连接是不可拆卸的。在整个组装过程中有两点是很重要的：第一点是当上壳41与下壳42组装完成以后，下壳42上的凸台422的上表面与上壳41的内表面之间的距离H(如图2A所示)小于接触式传振头1的边缘1c和压电薄膜传感元件2的边缘的厚度之和h(如图6B所示)，两者的差为0.3mm，这样凸台422与上壳41的内表面能紧紧地压住接触式传振头1的边缘1c，保证在接触式传振头1发生轴向变形时，接触式传振头1的边缘1c无横向变形或者很小，应当理解，组合体的边缘的固定方式可以是完全固定，也可以是部分固定，或者是边缘的部分边、面固定，边缘的形状可以是任意形状；第二点是压电薄膜传感元件2的弧形部22与下壳42内的弧形部425之间有一定的间隙，保证压电薄膜传感元件2发生变形时不会与下壳42产生干涉。完成压电传感器的总装以后，就可以安装到被测物体上进行振动的监测。

或者，所述固定件4也可采用可将所述组合体的边缘固定的PCB板夹持件、五金夹持件或塑胶夹持件。尤其是，当采用PCB板夹持件时，该PCB板夹持件不仅起到压紧固定组合体边缘的作用，还可以直接与压电薄膜传感元件2压接在一起，然后在PCB板接导线，导线即可与外部的振动测试电路连接；当然也可以直接在PCB板设置振动测试用电路元件和导线，即可对被测物体的振动进行监测。

亦或，所述固定件4也可以是将所述组合体的边缘固定的螺钉、铆钉、压片或压块。

如图9所示，以电磁炉烧开水为例来说明压电传感器的工作原理，压电传感器被固定在电磁炉中，接触式传振头1的头部1a与电磁炉的陶瓷面板5的底面接触，为了能更好地传递振动信号，必须保证两者完全接触，所以在安装时接触式传振头1的头部1a将被预压缩0.2mm，陶瓷面板5的上面放置烧水的容器6，当水被加热时，由于水分子的热运动使容器6产生微弱的振动，这些振动信号通过陶瓷面板5传递给接触式传振头1，而接触式传振头1与压电薄膜传感元件2是一体的，压电薄膜传感元件2在振动信号驱使下产生压电效应，经过后续的信号处理就能很容易地实时监测整个烧水过程。通过实验测得，水开和开始烧水时两者的输出信号经过处理后，其比值都在3以上，这样就能很精确地判定水是否烧开。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，包括一接触式传振头、一压电薄膜传感元件、一信号引出件及一固定件，其特征在于：所述接触式传振头与压电薄膜传感元件紧密连接成一组合体，所述组合体的周边由所述固定件固定，所述压电薄膜传感元件与所述信号引出件电连接。

2.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述接触式传振头为由硅胶或橡胶制成的弹性体，所述接触式传振头的头部和底部为弧形或平面形。

3.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述压电薄膜传感元件由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及导电层组成。

4.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述压电薄膜传感元件采用自屏蔽结构，其表面涂覆有多层导电材料，外层包裹内层，且外层的导电材料短路。

5.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述压电薄膜传感元件与接触式传振头之间采用粘结剂紧密连接成一组合体，所述粘结剂为硅胶或橡胶。

6.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述信号引出件包括两端子与两引线，所述端子与压电薄膜传感元件压接，所述引线与端子焊接。

7.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述信号引出件包括一PCB板与两引线，所述PCB板与压电薄膜传感元件压接，所述引线与PCB板焊接。

8.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述固定件由一上壳和一下壳组成，所述下壳内设有一避空槽及两个位于所述避空槽两端的凸台，所述组合体悬空设于所述避空槽上；所述组合体的边缘由所述上壳和所述下壳内的凸台压紧固定。

9.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述固定件为可将所述组合体的边缘固定的PCB板夹持件、五金夹持件或塑胶夹持件。

10.如权利要求1所述的一种高灵敏度接触式振动监测压电传感器，其特征在于：所述固定件为可将所述组合体的边缘固定的螺钉、铆钉、压片或压块。

Images