CN108008148A - 一种压电式无源加速度传感器 - Google Patents

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毛世杰
雷体高
王燕山
刘德峰
黄漫国
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AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up

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Abstract

本发明属于传感器设计技术领域，涉及一种新型压电式无源加速度传感器。当本发明压电式无源加速度传感器包括端盖(1)、质量块(2)、压电片(3)、绝缘片(4)、基座(5)、壳体(6)、导线(7)、电路板(8)、航插(9)。当传感器感受到振动时，质量块(2)相对基座(5)运动，压电片(3)受到剪切产生电荷，电荷量的大小与振动加速度成正比，电荷量经过电路板(8)处理，再经航插(9)输出加速度信号。该加速度传感器采用压电材料作为转换原件,动态范围大、频率范围宽、灵敏度误差小、受外界干扰小、不需要外界电源；采用了剪切型传感器结构，可以减少传感器外壳温度或应力下形变产生的测力误差。

Description

一种压电式无源加速度传感器
技术领域
本发明属于传感器设计技术领域，涉及一种新型压电式无源加速度传感器。
背景技术
传统的加速度传感器一般是电容式或者电阻式设计，这些类型传感器存在线性度较差、受温度影响严重、输出阻抗高、测量范围小等问题。因此，传统加速度传感器对后续解调电路的要求非常高，工艺难度较大。
发明内容
本发明目的：提供了一种大量程、高精度的压电式无源加速度传感器。
本发明的技术方案是：一种大量程高精度压电式加速度传感器，包括端盖1、两个质量相同的质量块2、两个性能相同的压电片3、四个相同的绝缘片4、基座5、壳体6、导线7、电路板8、航插9，其特征在于：在所述压电片3两端粘接绝缘片4，再对称粘接于基座5两侧，在绝缘片4外对称粘接质量块2，压电片3电极与电路板8之间导线7相连，电路板8与航插9之间经过导线7相连；质量块2外圆与壳体6内壁之间保持一定的距离；当传感器感受到振动时，质量块2相对基座5运动，压电片3受到剪切产生电荷，电荷量的大小与振动加速度成正比，电荷量经过电路8处理，经航插9输出加速度信号。
所述端盖1与壳体6为铝合金所制，质量块2为高比重钨合金所制。
所述质量块2外形、材料相同，压电片3尺寸材料相同，产品内部为对称结构。
所述两压电片3在受到侧向振动干扰时，能够输出等量、相反的信号，消除侧向干扰的影响。
所述壳体6内壁与质量块2外壁之间的间距范围在0.5-1mm之间。
本发明的有益效果：本加速度传感器使用压电材料作为敏感元件，是一种有源自发电式传感器，它具有动态范围大、频率范围宽、灵敏度误差小、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点。传感器探头部分不需要电源供电，可以减小传感器探头体积；解调电路可以置于探头外部，提高探头的工作温度范围。另外，本发明加速度传感器使用了双结构的压电片3，在受到侧向振动干扰时，能够输出等量、相反的信号，消除侧向干扰的影响。
附图说明
图1是本发明垂直于压电片方向的结构示意图；
图2是本发明平行于压电片方向的结构示意图；
其中，1-端盖、2-质量块、3-压电片、4-绝缘片、5-基座、6-壳体、7-导线、8-电路板、9-航插。
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合附图具体说明。
请同时参阅图1和图2，本发明压电式无源加速度传感器包括端盖1、两个质量相同的质量块2、两个性能相同的压电片3、四个相同的绝缘片4、基座5、壳体6、导线7、电路板8、航插9。其中，在所述压电片3为敏感压电材料，两端粘接绝缘片4，再对称粘接于基座5两侧，在绝缘片4外对称粘接质量块2，压电片3电极与电路板8之间导线7相连，电路板8与航插9(航空插头插座)之间经过导线7相连。所述端盖1与壳体6为铝合金所制，质量块2为高比重钨合金所制，因此质量块2较重，在传感器振动下，易发生上下相对于运动，从而产生对压电片的剪切力。另外，质量块2外圆与壳体6内壁之间保持一定的距离，所述壳体6内壁与质量块2外壁之间的间距范围在0.5-1mm之间，使得质量块在传感器振动时具有运动的自由空间。
所述质量块2外形、材料相同，压电片3尺寸材料相同，产品内部为对称结构，形成双余度设计。所述两压电片3在受到侧向振动干扰时，两个压电片一个受拉，一个挤压，输出等量、相反的信号，因此可以消除侧向干扰的影响。
本实施方式中，当传感器感受到振动时，质量块2相对基座5运动，压电片3受到剪切产生电荷，电荷量的大小与振动加速度成正比，电荷量经过电路板8处理，再经航插9输出轴向加速度信号。
本发明加速度传感器使用压电材料作为敏感元件，是一种有源自发电式传感器，它具有动态范围大、频率范围宽、灵敏度误差小、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，实现了传感器无源设计。采用了双传感器结构,实现了传感器的双余度设计，提高了传感器的可靠性。另外，传感器产品采用对称结构，两压电片3在受到侧向振动干扰时，能够输出等量、相反的信号，消除侧向干扰的影响。本发明摆脱了传统加速度传感器敏感元件对电源的依赖，解决了宽频域振动参数动态测量的问题，因此相对于现有技术具有较大的实际应用价值。

Claims (5)

1.一种压电式无源加速度传感器，其特征在于，包括端盖(1)、两个质量相同的质量块(2)、两个性能相同的压电片(3)、四个相同的绝缘片(4)、基座(5)、壳体(6)、导线(7)、电路板(8)、航插(9)，其特征在于：在所述压电片(3)两端粘接绝缘片(4)，再对称粘接于基座(5)两侧，在绝缘片(4)外对称粘接质量块(2)，压电片(3)电极与电路板(8)之间导线(7)相连，电路板(8)与航插(9)之间经过导线(7)相连；质量块(2)外圆与壳体(6)内壁之间保持一定的距离；当传感器感受到振动时，质量块(2)相对基座(5)运动，压电片(3)受到剪切产生电荷，电荷量的大小与振动加速度成正比，电荷量经过电路(8)处理，经航插(9)输出加速度信号。
2.根据权利要求1所述的压电式无源加速度传感器，其特征在于：端盖(1)与壳体(6)为铝合金所制，质量块(2)为高比重钨合金所制。
3.根据权利要求1所述的压电式无源加速度传感器，其特征在于：所述质量块(2)外形、材料相同，压电片(3)尺寸材料相同，产品内部整体为对称结构。
4.根据权利要求1所述的压电式无源加速度传感器，其特征在于：所述两压电片(3)在受到侧向振动干扰时，输出等量、相反的信号，消除侧向干扰的影响。
5.根据权利要求1所述的压电式无源加速度传感器，其特征在于：壳体(6)内壁与质量块(2)外壁之间的间距范围在0.5-1mm之间。
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