CN107238430A - 可降噪的压电式振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可降噪的压电式振动传感器，包括圆柱形的壳体和位于壳体底部的基座，所述壳体内设置有质量块、压电晶片，所述质量块和压电晶片均安装在环形支柱上，在质量块与压电晶片之间还设置有若干个螺纹连接柱，在质量块朝向压电晶片的端面还开有与螺纹连接柱等数量的孔槽，所述孔槽以环形支柱的中心线为轴线呈环形设置，所述螺纹连接柱的一端与压电晶片固定、另一端置于孔槽内，在孔槽内还设置有弹簧，所述弹簧套在螺纹连接柱上，弹簧内径与螺纹连接柱的外径等大、外径与孔槽的内径等大；所述基座内还开有一个吸声空腔，在基座两侧开有两个第一通孔，所述第一通孔与吸声空腔相通，在基座顶部还开有第二通孔。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及可降噪的压电式振动传感器。
背景技术
振动传感器是振动测试系统中的关键部件。传感器的种类很多，有压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器、变电容式加速度传感器、伺服式加速度传感器等。其中压电式加速度传感器是最常用的一种，可广泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统以及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿等领域也有广泛应用。
压电式加速度传感器中的压电元件是高阻抗、小功率元件，在使用过程中，极易受外界环境、机电振动引起的噪声干扰，使得测量信号受到影响。
另外，常用的压电式加速度传感器是由预压弹簧、质量块、基座、压电元件和外壳组成，质量块粘到装在中心支柱上的压电元件上。由于粘胶剂会随温度的增高而变软，因此其工作温度受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供可降噪的压电式振动传感器，解决现有的压电式传感器受噪声干扰导致测量信号受到影响，以及内部粘胶剂易受到而高温变软的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
可降噪的压电式振动传感器，包括圆柱形的壳体和位于壳体底部的基座，所述壳体内设置有质量块、压电晶片，所述质量块和压电晶片均安装在环形支柱上，在质量块与压电晶片之间还设置有若干个螺纹连接柱，在质量块朝向压电晶片的端面还开有与螺纹连接柱等数量的孔槽，所述孔槽以环形支柱的中心线为轴线呈环形设置，所述螺纹连接柱的一端与压电晶片固定、另一端置于孔槽内，在孔槽内还设置有弹簧，所述弹簧套在螺纹连接柱上，弹簧内径与螺纹连接柱的外径等大、外径与孔槽的内径等大；
所述基座内还开有一个吸声空腔，在基座两侧开有两个第一通孔，所述第一通孔与吸声空腔相通，在基座顶部还开有第二通孔，所述第二通孔的一端与吸声空腔相通、另一端与壳体内部空腔相通。
进一步的，现有技术中的质量块与压电晶片通常采用粘胶剂固定在一起，但随着温度的升高，粘胶剂会变软融化，使得质量块、压电晶片之间的紧固力变差。本发明设计了一种新的固定方式，质量块与压电晶片通过螺纹连接柱、弹簧和孔槽配合的方式连接，使得质量块与压电晶片在震动过程中可连接的更加紧密，工作温度不受影响。具体原理为：弹簧套在螺纹连接柱上，弹簧内径与螺纹连接柱外径等大、外径与孔槽的内径等大，该结构使得质量块与压电晶片固定为一体，不易脱落；加速度计受振时，质量块也受到震动，置于孔槽内的螺纹连接柱与弹簧之间、弹簧与孔槽之间也产生相对摩擦力，弹簧受到摩擦力吸热膨胀，使得弹簧与螺纹连接柱之间、弹簧与孔槽之间的紧固力更强，更不易脱落。孔槽以环形支柱的中心线为轴线呈环形设置，还保证了质量块与压电晶片之间连接的稳定性。
另外，为减小噪声对传感器的干扰，现有技术中的大多数压电式传感器设计成隔离基座和独立外壳结构，但这种防噪结构能够减小的干扰非常有限。本发明克服了现有技术问题，仍可将基座和外壳设计为一体结构，并且可大大提高防噪效果。首先在基座内部开吸声空腔，位于基座两侧的第一通孔与吸声空腔相通，这样外界噪声通过第一通孔进入吸声空腔，当声波的共振频率与吸声空腔的自然频率一致时，吸声空腔产生振动，消耗声能；两个第一通孔与吸声空腔互通，还进一步分散了声波，降低了噪音。第二通孔的一端与吸声空腔相通、另一端与壳体内部空腔相通，使得壳体内部空腔形成第二吸声空腔，当传感器处于高分贝噪声环境中时，第二吸声空腔与进入壳体内部的声波发生共振，进一步消耗声能。本发明经过双重吸声空腔的作用，极大的提高到了吸声效果，减小了噪声对传感器的干扰。
所述第一通孔的内径在第一通孔的轴线上朝着远离吸声空腔的方向线性减小。进一步的，第一通孔的内径从进声端到吸声空腔内部逐渐增大，提高了噪声分散的效果，降低了声能的冲击力。
所述壳体包括两个金属壳，两个金属壳之间设置有蜂窝吸声夹层，位于内侧的金属壳内壁上还开有若干个吸声孔，所述吸声孔与蜂窝吸声夹层内部通道相通。进一步的，当声波入射到蜂窝吸声夹层上，声波能顺着吸声孔进入蜂窝吸声夹层的内部，引起空隙中空气的振动。由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗，从而达到吸声的目的。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明可降噪的压电式振动传感器，质量块与压电晶片通过螺纹连接柱、弹簧和孔槽配合的方式连接，使得质量块与压电晶片在震动过程中可连接的更加紧密，工作温度不受影响；
2、本发明可降噪的压电式振动传感器，在基座内开有一个吸声空腔，在基座顶部还开有第二通孔，所述第二通孔的一端与吸声空腔相通、另一端与壳体内部空腔相通，使得壳体内部空腔形成第二吸声空腔，经过双重吸声空腔振动吸声的作用，极大的提高了吸声效果，解决了现有的压电式传感器受噪声干扰导致测量信号受到影响的问题；所述壳体包括两个金属壳，两个金属壳之间设置有蜂窝吸声夹层，利用蜂窝吸声夹层与声波之间相互摩擦，进一步消耗了声能，提高了抗噪效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-壳体，2-基座，3-质量块，4-压电晶片，5-环形支柱，6-螺纹连接柱，7-孔槽，8-弹簧，9-吸声空腔，10-第一通孔，11-第二通孔，12-蜂窝吸声夹层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～2所示，本发明可降噪的压电式振动传感器，包括圆柱形的壳体1和位于壳体1底部的基座2，所述壳体1内设置有质量块3、压电晶片4，所述质量块3和压电晶片4均安装在环形支柱5上，在质量块3与压电晶片4之间还设置有3个螺纹连接柱6，在质量块3朝向压电晶片4的端面还开有与螺纹连接柱6等数量的孔槽7，所述孔槽7以环形支柱5的中心线为轴线呈环形设置，所述螺纹连接柱6的一端与压电晶片4固定、另一端置于孔槽7内，在孔槽7内还设置有弹簧8，所述弹簧8套在螺纹连接柱6上，弹簧8内径与螺纹连接柱6的外径等大、外径与孔槽7的内径等大；质量块3与压电晶片4通过螺纹连接柱6、弹簧8和孔槽7配合的方式连接，使得质量块3与压电晶片4在震动过程中可连接的更加紧密，工作温度不受影响，克服了现有技术中的质量块与压电晶片采用粘胶剂固定在一起，随着温度的升高，粘胶剂会变软融化，使得质量块、压电晶片之间的紧固力变差的问题。
实施例2
如图1所示，本发明可降噪的压电式振动传感器，在实施例1的基础上，所述基座2内还开有一个吸声空腔9，在基座2两侧开有两个第一通孔10，所述第一通孔10与吸声空腔9相通，在基座2顶部还开有第二通孔11，所述第二通孔11的一端与吸声空腔9相通、另一端与壳体1内部空腔相通。所述第一通孔10的内径在第一通孔10的轴线上朝着远离吸声空腔9的方向线性减小。所述壳体1包括两个金属壳，两个金属壳之间设置有蜂窝吸声夹层12，位于内侧的金属壳内壁上还开有若干个吸声孔，所述吸声孔与蜂窝吸声夹层12内部通道相通。通过以上结构解决了现有的压电式传感器受噪声干扰导致测量信号受到影响的问题；相比现有技术，提高了抗噪效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.可降噪的压电式振动传感器，包括圆柱形的壳体(1)和位于壳体(1)底部的基座(2)，所述壳体(1)内设置有质量块(3)、压电晶片(4)，所述质量块(3)和压电晶片(4)均安装在环形支柱(5)上，其特征在于，在质量块(3)与压电晶片(4)之间还设置有若干个螺纹连接柱(6)，在质量块(3)朝向压电晶片(4)的端面还开有与螺纹连接柱(6)等数量的孔槽(7)，所述孔槽(7)以环形支柱(5)的中心线为轴线呈环形设置，所述螺纹连接柱(6)的一端与压电晶片(4)固定、另一端置于孔槽(7)内，在孔槽(7)内还设置有弹簧(8)，所述弹簧(8)套在螺纹连接柱(6)上，弹簧(8)内径与螺纹连接柱(6)的外径等大、外径与孔槽(7)的内径等大；
所述基座(2)内还开有一个吸声空腔(9)，在基座(2)两侧开有两个第一通孔(10)，所述第一通孔(10)与吸声空腔(9)相通，在基座(2)顶部还开有第二通孔(11)，所述第二通孔(11)的一端与吸声空腔(9)相通、另一端与壳体(1)内部空腔相通。
2.根据权利要求1所述的可降噪的压电式振动传感器，其特征在于，所述第一通孔(10)的内径在第一通孔(10)的轴线上朝着远离吸声空腔(9)的方向线性减小。
3.根据权利要求1所述的可降噪的压电式振动传感器，其特征在于，所述壳体(1)包括两个金属壳，两个金属壳之间设置有蜂窝吸声夹层(12)，位于内侧的金属壳内壁上还开有若干个吸声孔，所述吸声孔与蜂窝吸声夹层(12)内部通道相通。
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