CN107525580A - 内置放大电路环形剪切压电组件结构 - Google Patents
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Abstract
本发明内置放大电路环形剪切压电组件结构，在环形剪切式压电组件基础上实现内置电荷放大电路板与压电组件之间的可靠机械和电气连接，属于电压输出型环形剪切式压电振动传感器领域。圆台阶梯状圆环结构设计底座，通过压电元件内外圆柱电极面与质量块连接固定，质量块阶梯状圆环结构与内置放大电路板实现嵌套固定连接，信号传递通过内置放大电路板电极面实现无引线连接。本发明解决了剪切结构强度低、振动稳定性差、引线可靠性等工程应用问题，提高机械结构共振频率、可靠性、结构强度、压电组件的频率响应范围及耐大量级非破坏力能力，消除了内置放大电路板与质量块在大量级或共振频段的相对位移及低阶谐频点上的引线甩动。
Description
技术领域
本发明内置放大电路环形剪切压电组件结构属于电压输出型环形剪切式压电振动传感器领域。
背景技术
目前国内新型或新研的航空发动机用压电传感器为压缩式结构，抗环境干扰能力低，且为三孔安装，安装甩线方向固定，在复杂的机载应用环境中，无法实现其360°方向方便安装，有时会与机载其他油路、气路或线路干涉。现有电荷输出的形式，对外部机载电荷放大器及低噪声电缆的依赖性强。
现有的剪切式压电振动传感器，如平面剪切式结构，独立内置顶端固定电路板，固支点面积小，固定强度不高，易形成环形状的振动模态，非旋转对称悬臂梁式结构易在某一横向方向上产生较低频率的一阶谐振点，中心底孔螺纹有效连接长度或刚性段小。而且传统的环形剪切结构，无有效可靠的内置电路安装结构与空间，而且耐机械振动量级完全依靠粘接层剪切强度，无法承受大量级冲击振动。
发明内容
本发明目的：主要针对压电组件内置电路可靠连线和增强机械固定强度，提高机械结构共振频率、压电组件的频率响应范围及耐大量级非破坏力能力，设计保护阶梯结构及内置放大电路装配结构的环形剪切压电组件结构。
本发明技术方案：内置放大电路环形剪切压电组件结构，其特征在于，所述元件包括底座1；压电元件2；质量块3；内置放大电路板4；电子元器件5；电极面6。
底座1为圆台阶梯状设计圆环结构，中间内通孔为底座1安装固定用，底座 1中间外圆柱面与压电元件2内圆柱面粘接固定。压电元件2为带轴向通孔圆柱体结构，内、外圆柱面为压电敏感材料的电极面，压电元件2的内圆柱面上的电极面与底座1中间外圆柱面粘接固定。质量块3为阶梯状设计圆环结构，质量块 3的小直径内圆柱面与压电元件2的外圆柱电极面粘接固定，大直径内圆柱面及台阶面与内置放大电路板4粘接固定。内置放大电路板4为圆环片状结构，单面布置电子元器件5，另一面布置圆环状电极面6。电极面6为内置放大电路板4 上的电极镀层结构，与质量块3的大直径内圆柱面的台阶面粘接固定，电子元器件5为表贴晶体三极管或场效应管。
本发明优点：本发明具有以下优点：
1)消除了内置放大电路板与质量块之间存在的相对运动，提高了机械结构稳定性；
2)内置放大电路板与质量块镶嵌装配增加了机械连接面，提高了机械连接强度；
3)内置放大电路板非元器件面圆环电极设计，取消了压电元件与电路板的飞线，避免了一阶或谐波频率点上的引线甩动，提高了频响范围，详见频响分析曲线图；
4)底座的梯形结构提高了结构抗振动稳定性；
5)底座的台阶结构提升了耐大量级非破坏力冲击及振动能力，提高了结构的安全性；
6)底座的圆台梯形结构底面扩孔，方便外壳布置圆角，减小应力集中；
7)该结构装配的传感器可实现360°甩线方向固定，避免与机载其他线路干涉；
8)通孔螺钉固定方式增加了机械连接刚性段长度；
9)相比平面剪切结构，避免了非旋转对称悬臂梁式结构易在某一横向方向产生较低频率的一阶谐振点。
附图说明
图1是压电组件装配图
图2是压电组件顶视图
图3是内置放大电路结构图
图4是内置放大电路顶视图
图5是100kHz谐响应分析曲线图
图6是12.8kHz谐响应分析曲线图
其中底座1；压电元件2；质量块3；内置放大电路板4；电子元器件5：电极面6
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
内置放大电路环形剪切压电组件结构，其特征在于，所述元件包括底座1；压电元件2；质量块3；内置放大电路板4；电子元器件5；电极面6。
底座1和质量块3属于机械加工件，用重合金材料即可实现。压电元件2 一般用压电陶瓷材料经配料、成型、烧结、极化等工艺实现。压电元件2通过内圆柱电极面与底座1中间外圆柱面之间用胶粘的连接方式，若传感器需单端输出用导电胶即可，若双端浮地输出，需引出内层电极引线后用绝缘胶固定，压电元件2装配位置卡到底座1机械台阶限位处即可(与限位处间隙配合)。质量块3 与压电元件2用导电胶连接，可在承受热应力状态下进行装配实现常温预紧配合。内置放大电路板4为氧化铝陶瓷基厚膜电路，电子元器件5为表贴晶体三极管或场效应管，可通过高温铅锡银钎料焊接，内置放大电路板4非元器件面，与质量块配合面处进行陶瓷金属化或真空溅射镀上电极面6，内置放大电路板4与质量块3进行镶嵌式装配，粘接层可选用导电胶。电极面6为压电元件2电荷输入端。
实施例一
我公司某型号产品采用本发明所涉及技术研制，选用PZT压电陶瓷作为压电元件，双端浮地信号输出，灵敏度为25mV/g，中心孔M4螺钉实现360°方向任意甩线安装，抗干扰能力强，能实现12.8kHz范围频率响应误差不大于10％。
Claims (1)
1.内置放大电路环形剪切压电组件结构，其特征在于，所述元件包括底座(1)；压电元件(2)；质量块(3)；内置放大电路板(4)；电子元器件(5)；电极面(6)；底座(1)为圆台阶梯状设计圆环结构，中间内通孔为底座(1)安装固定用，底座(1)中间外圆柱面与压电元件(2)内圆柱面固定连接；压电元件(2)为带轴向通孔圆柱体结构，内、外圆柱面为压电材料电极面；质量块(3)为阶梯状设计圆环结构，小直径内圆柱面与压电元件(2)外圆柱面固定连接，大直径内圆柱面及台阶面与内置放大电路板(4)固定连接；内置放大电路板(4)为圆环片状结构，单面布置电子元器件(5)，另一面布置电极面(6)；电子元器件(5)为表贴晶体三极管或场效应管；电极面(6)为内置放大电路板(4)上的电极镀层结构；压电元件(2)通过内圆柱面上的电极面与底座(1)的中间外圆柱面粘接固定，质量块(3)小直径内圆柱面与压电元件(2)外圆柱面上的电极面粘接固定，内置放大电路板(4)嵌套在质量块(3)大直径内圆柱台阶面上，内置放大电路板(4)的电极面(6)与质量块(3)大直径内圆柱面的台阶面粘接固定，电子元器件(5)焊接固定在内置放大电路板(4)元器件布置面。
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