CN104969078A - 用于制造加速度传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造加速度传感器的方法，所述加速度传感器包括基本形状为圆柱形或立方体形的壳体(1)，所述壳体包括至少一个内置的支承件(4)和设置于其上的传感器元件(2)。根据本发明，传感器元件(2)包括具有头部部件(21)和与其相对置的端面(24)的基体(29)，通过借助至少一个压电测量元件(23)、感振质量块(22)和夹紧环(27)包围头部部件(21)，预安装所述传感器元件。随后将所述端面(24)定位为接触在所述壳体(1)的支承件(4)上，以构成端面(24)和支承件(4)之间的接触区域(7)。最后在该接触区域(7)将传感器元件(2)与所述壳体(1)焊接。本发明还涉及一种这样制造的加速度传感器。

Description

用于制造加速度传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造加速度传感器的方法，其应用于机械、设备、车辆或飞机中，在此，制成的加速度传感器包括其基本形状为圆柱形或立方体形的壳体，所述壳体包括至少一个内置的在其上设有传感器元件的支承件。
本发明还涉及一种这样的加速度传感器，特别是用于测量在一个或三个轴线上的加速度值的加速度传感器。
背景技术
压力或力传感器经常同时在不同的轴线方向上承受不同的力或力矩，并且根据应用情况应当测量多个构件。在此，必须能够与其他力或力矩无关地检测每个力构件。在此，传感器根据需要具有多个包括一个或多个测量元件的测量体。
加速度传感器是公知的，并应用于不同的应用领域中。加速度传感器只能具有较小的尺寸和自身重量，这特别是在三轴线作用的传感器中会导致高成本的制作和相应的供货期限。由此在小空间中将收纳腔室铣削为传感器壳体，所述传感器壳体此外还必须收纳用于将加速度传感器固定在基底或者说基础上的螺纹孔，传感器元件必须被嵌入感振质量块中，并被构造在最狭小的空间中。由于传感器始终越来越小的需求，灵敏的传感器元件无法在该基础上被预先制成并安装。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种本文开始部分描述的用于制造加速度传感器的方法，其能够实现更简单并且灵活地制造这样的传感器。
该目的通过权利要求1的特征得以解决。
本发明涉及一种用于制造加速度传感器的方法，其具有基本形状为圆柱形或立方体形的壳体，所述壳体包括至少一个内置的支承件，以及设置于其上的传感器元件。根据本发明，传感器元件包括具有头部部件和与该头部部件相对置的端面的基体，通过借助至少一个压电测量元件以及借助感振质量块和夹紧环包围头部部件，预安装所述传感器元件，在此夹紧环和感振质量块可以被构造为具有组合特性的一体。随后，将端面定位为接触在壳体的内部支承件上，以构成端面和支承件之间的接触区域。最后，在该接触区域中将传感器元件与壳体焊接。
本发明还涉及一种用于测量在一个或三个轴线上的加速度值的加速度传感器，在此加速度传感器包括基本形状大体上是圆柱形或立方体形的壳体，所述壳体包括可从外部进入的、内置的支承件和设置于其上的传感器元件，所述传感器元件具有基体(20)。根据本发明，借助焊接，每个传感器元件的每个基体通过端面在接触区域上被材料配合地设置在内置的支承件中的一个上。
在根据本发明的方法的第一步骤中，通过借助至少一个压电测量元件包围基体的头部部件，并随后通过借助感振质量块和夹紧环围合基体和测量元件，预安装传感器元件。夹紧环和感振质量块可以被构造为具有组合特性的一体。优选加速度传感器具有三个压电测量元件，所述压电测量元件围绕基体分布地设置，并共同地被感振质量块和夹紧环围合。但是，加速度传感器也可以仅包含一个测量元件。
在第二步骤中，将基体的与头部部件相对置的端面定位为接触在壳体的支承件上，以构成端面和支承件之间的接触区域。
随后，将预安装的传感器元件通过其端面焊接在壳体的支承件上，以构成接触区域上的材料配合的连接。
在优选的实施方式中，为此以定义的力将焊接电极置于传感器元件的头部部件上，在此焊接电极与用于电阻焊的设备连接。通过在焊接电极和壳体上的对电极之间施加定义的焊接电压，产生通过包括头部部件的基体和壳体的电流，所述电流导致在接触区域中端面和支承件的至少局部地熔化，从而产生环形的、材料配合的连接。
作为结果，实现了精确且平坦对齐的连接，其能够快速地产生，并且也能够实现进一步的面积减小。支承件或壳体的周围区域不会被损坏，因为通过较小的能量，仅产生非常小的温度升高。
另一目的在于，提出一种加速度传感器，特别是用于测量在一个或三个轴线上的加速度值的加速度传感器，其具有模块化的结构。
该目的通过权利要求9的特征得以解决。根据本发明的加速度传感器包括基本形状大体上是圆柱形或立方体形的壳体，所述壳体具有从可从外部进入的、内置的支承件和设置于其上的传感器元件，所述传感器元件具有基体。根据本发明，借助焊接，每个传感器元件的每个基体通过端面在接触区域上被材料配合地设置在内置的支承件上。优选该焊接通过电阻焊实现。
模块化的结构能够实现，仅以一种结构尺寸，在壳体中使用用于不同的测量区域的不同的传感器元件。壳体应当尽可能小，从而能够被尽可能灵活地保持在应用和使用区域中。
根据本发明的制造方法能够实现简单且连续地预制和保存传感器元件，并能够实现在传感器壳体中快速、精确并低成本地安装传感器元件。由此保持了短的吞吐时间，从而能够实现快速地提供加速度传感器。
附图说明
以下在实施例中借助附图对本发明作进一步说明。在附图中示出：
图1是迄今的结构类型的未安装传感器元件的加速度传感器的壳体(1a)以及根据本发明的加速度传感器(1b)，
图2是根据本发明的预安装的传感器元件，
图3是包括预安装的传感器元件的进给方向的说明的壳体，
图4是用于制造加速度传感器的设置。
具体实施方式
图1a示出了根据现有技术的加速度传感器的壳体，其由一个工件铣削而得。示出了三个设置于立方体的壳体1中的不带有传感器元件的基体20，所述基体同样地一起被铣削。
每个传感器元件2首先在壳体1中被完全地安装，这在壳体1的可见的狭小的内部空间中是困难且耗时的。在此可以预见到，壳体在未来还会变得更小，因此铣削也会变得更为困难。
由图4得知，在壳体1外部设有用于安置加速度传感器的安装螺纹3。由此使得与安装螺纹3相对置的、用于收纳传感器元件2的支承件4不能扩大。问题在于该区域中变得非常小的壁厚。因此，无法将传感器元件2拧入壳体1中，因为对于螺纹孔而言，壁厚过于小。
然而与外置的设置相比，内置的支承件4能够实现壳体1的较小的结构尺寸，以及对传感器元件2、测量电子器件和接线的保护设置。
根据本发明，加速度传感器的壳体1由钛和铝材料组成。
优选传感器元件2(图2)自身包括由钛或钢制成的基体20，以确保较高的刚性。基体20配设有优选圆形或多边形的头部部件21，其被感振质量块22包围，所述感振质量块又被优选为收缩环的形式的拉紧环27围合。拉紧环27和感振质量块22可以被构造为具有组合特性的一体。在感振质量块22和头部部件21之间的弓形的凹口中设有一个或多个压电元件23。优选基体20的待放置在支承件4上并且背向头部部件21的端面24配设有环形的凸起部25，所述凸起部向外被凹槽26包围。设置于外部的凹槽26能够在基体20的直径小的情况下实现较大的体积，用于完全地收纳熔化物，并由此实现质量上良好的连接。
传感器元件2可以被构造为销钉形的。在本发明的意义下，前述类型的具有横向于端面24的轴线的传感器元件2作为销钉适用，所述传感器元件在端面24和每个压电元件23、感振质量块22以及夹紧环27之间具有轴向距离。轴线分别对应于待测量的传感器轴线其中之一。
为了在壳体1中安装前述的预安装的传感器元件2，如前所述地，将传感器元件2通过端面24平行于支承件4的接合面6地定位(图4)，在此仅凸起部25的顶端接触接合面6，并在此构成可传导的接触区域7。
随后以定义的力将焊接电极5可传导地置于头部部件21上，在此焊接电极5与未示出的用于电阻焊的设备连接。通过施加定义的焊接电压，产生通过焊接电极5、包括头部部件21的基体20、壳体1以及对电极的电流，所述电流导致了在接触区域7中凸起部25和接合面6的相应区域至少局部地熔化，从而产生至少一个环形的、材料配合的连接。可能产生的剩余的熔化物可以流入凹槽26中。结果是实现了精确且平坦对齐的连接，其能够快速地产生，并且也能够实现进一步的面积减小。
也可以借助摩擦焊、感应焊或激光焊来产生连接，以代替电阻焊。
支承件4或壳体1的周围区域通常不会被焊接损坏。
类似地，在用于测量三个轴线上的加速度的加速度传感器中，在壳体1中设有另外两个传感器元件2，在此壳体1相应地被重新固定在装置中。
在支承件4或在头部部件21上也可以设有测量电子器件28。在引入传感器元件2之后，将所述传感器元件与测量电子器件28以及未示出的插头接线。插头位于遮盖传感器元件2和支承件4的遮盖件29上。
优选根据本发明的加速度传感器的包括支承件4的壳体1由钛或铝材料组成，而优选传感器元件2的基体20由钛或钢组成。
用于插头的接线通过插头开口被拉出，随后优选搭上遮盖件29，接线与插头连接，最后将插头接合至遮盖件开口。
附图标记列表
1 壳体
2 传感器元件
3 安装螺纹
4 支承件
5 焊接电极
6 接合面
7 接触区域
20 基体
21 头部部件
22 感振质量块
23 压电测量元件
24 端面
25 凸起部
26 凹槽
27 夹紧环
28 测量电子器件
29 遮盖件

Claims (13)

1.一种用于制造加速度传感器的方法，其应用于机械、设备、车辆或飞机中，其中，制成的加速度传感器包括基本形状为圆柱形或立方体形的壳体(1)，所述壳体包括至少一个内置的支承件(4)，在所述支承件上设有传感器元件(2)，
其特征在于如下的方法步骤：
a)通过借助至少一个压电测量元件(23)对基体(20)的头部部件(21)的包围，以及借助感振质量块(22)和夹紧环(27)的围合，预安装传感器元件(2)，
b)将所述预安装的传感器元件(2)的基体(20)的与所述头部部件(21)相对置的端面(24)定位为接触在所述壳体(1)的支承件(4)上，以构成所述端面(24)和所述支承件(4)之间的接触区域(7)，
c)将所述预安装的传感器元件(2)通过其端面(24)焊接在所述壳体(1)的支承件(4)上，以构成所述接触区域(7)上的材料配合的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过电阻焊来实现所述焊接，方法是：将焊接电极(5)连同所述传感器元件(2)的头部部件(21)与所述壳体(1)上的对电极进行接触，随后施加定义的电压，以产生在电极(5)、传感器元件(2)、壳体(1)和对电极之间的电流，从而构成所述接触区域(7)上的材料配合的连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以定义的力将用于电阻焊的所述焊接电极(5)置于所述传感器元件(2)的头部部件(21)上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过摩擦焊实现所述焊接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述支承件(4)或所述头部部件(21)上安置有测量电子器件(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述壳体(1)中设置三个支承件(4)，并且每个所述支承件分别与一个传感器元件(2)材料配合地连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，紧接在方法步骤c)之后，借助连接插头，实现相对于外部关闭所述传感器元件(2)上方的壳体(1)，以及接触所述压电测量元件(23)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，所述传感器元件(2)的基体(20)的端面(24)的环形凸起部(25)的顶端接触所述支承件(4)的接合面(6)，构成接触区域。
9.一种用于测量在一个或三个轴线上的加速度值的加速度传感器，其中，所述加速度传感器包括基本形状大体上是圆柱形或立方体形的壳体(1)，所述壳体具有能从外部进入的、内置的支承件(4)和设置于所述支承件上的传感器元件(2)，所述传感器元件具有基体(20)，其特征在于，每个传感器元件(2)的每个基体(20)通过端面(24)在接触区域(7)上借助焊接被材料配合地设置在所述内置的支承件(4)上。
10.根据权利要求9所述的加速度传感器，其特征在于，包括所述支承件(4)的壳体(1)由钛或铝材料组成。
11.根据权利要求9或10所述的加速度传感器，其特征在于，所述传感器元件(2)的基体(20)由钛或钢组成。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，每个传感器元件(2)的基体(20)在与所述端面对置的头部部件(21)处被至少一个压电测量元件(23)包围，并且两者被感振质量块(22)和夹紧环(27)围合。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，每个传感器元件(2)被构造为销钉形的，其中，所述传感器元件(2)具有横向于所述端面(24)的轴线，并且所述端面(24)与每个压电元件(23)以及与感振质量块(22)和夹紧环(27)轴向间隔。
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