CN109282891A - 一种压电晶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电晶片，属于压电技术应用领域，该压电晶片包括紧密贴合且形状一致的压电晶片和弹簧片，压电晶片包括中部带孔的圆形晶片、以及设置在圆形晶片圆周方向的多个条形晶片；弹簧片包括中部带孔的圆形簧片、以及设置在圆形簧片圆周方向的多个条形簧片。本发明充分结合圆形压电片和单悬臂梁压电片的优点，形成具有多悬臂梁的新型压电晶片，该结构不仅保留了单悬臂梁易于数学建模、刚性易控等优点、而且提升了单悬臂梁压电晶片的机电转化灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于压电换能技术领域，尤其涉及一种压电晶片。
背景技术
压电晶片属于压电技术应用领域，其主要功能是将机械能转换成电能，在同一材料并且材料性能确定时，在一个力F的作用下，它的转换能力大小与压电片的变形量△h和压电片的面积S成正比。
目前，压电晶片的应用非常广泛，其主要形式以圆形结构和单悬臂梁结构为主。如图1所示，圆形压电片的优点是有效面积大，结构简单，作为结构件时体积小，但是由于其圆形结构的原因，对其性能采用数学建模分析困难，并且刚性大，不利于微弱信号和低频信号的采集。如图2所示，单悬臂梁形式的压电片，制作简单，易于建立数学模型，系统刚性易于控住，缺点是作为结构件时，结构设计复杂，体积大，输出效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种压电晶片能够充分结合圆形压电片和单悬臂梁压电片的优点，形成具有多悬臂梁的新型压电晶片，该结构不仅保留了单悬臂梁易于数学建模、刚性易控等优点、而且提升了单悬臂梁压电晶片的机电转化灵敏度。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种压电晶片，包括紧密贴合且形状一致的压电晶片和弹簧片，所述压电晶片包括中部带孔的圆形晶片、以及设置在圆形晶片上的多个条形晶片；所述弹簧片包括中部带孔的圆形簧片、以及设置在圆形簧片上的多个条形簧片，所述条形晶片和条形簧片的数量相等且一一对应。
进一步地，所述压电晶片包括顶部压电晶片和底部压电晶片，所述顶部压电晶片紧密贴设在弹簧片的上表面，所述底部压电晶片紧密贴设在弹簧片的下表面。
进一步地，所述顶部压电晶片和底部压电晶片之间通过弹簧片形成串联关系。
进一步地，所述条形晶片均匀分布在圆形晶片的圆周方向上，所述条形簧片均匀分布在圆形簧片的圆周方向上。
进一步地，所述条形簧片的长度大于条形晶片的长度，所述条形簧片的末端形成安装台。
进一步地，所述条形晶片和条形簧片的数量为N个，N为大于等于2的自然数。
进一步地，所述条形晶片和条形簧片的数量为3至8个。
进一步地，所述圆形晶片和条形晶片为一体结构。
进一步地，所述圆形簧片和条形簧片为一体结构。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述一种压电晶片通过将压电晶片和弹簧片紧密贴合，形成具有弹性的多悬臂梁结构，圆形晶片和圆形簧片位于中部用于安装振动质量体，条形晶片和条形簧片形成悬臂梁结构，多个悬臂梁的结构能够有效提高压电片的输出电荷，利于微弱信号和低频信号的采集。同时，在分析其线性特性时，由于条形结构具有良好的线性特性，便于数学建模分析和计算。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是现有圆形压电片的结构示意图；
图2是现有单悬臂梁形式压电片的结构示意图；
图3是本发明的第一实施例结构示意图；
图4是本发明的第一实施例的A-A向剖视图；
图5是本发明的第二实施例结构示意图；
图6是本发明的第三实施例结构示意图。
图中，1-压电晶片、101-晶片通孔、102-圆形晶片、103-条形晶片、2-弹簧片、201-弹簧通孔、202-圆形簧片、203-条形簧片。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
参考图3和图4，一种压电晶片，包括紧密贴合且形状一致的压电晶片1和弹簧片2，压电晶片1包括中部带孔的圆形晶片101、以及设置在圆形晶片101上的多个条形晶片103；弹簧片2包括中部带孔的圆形簧片202、以及设置在圆形簧片202上的多个条形簧片203，所述条形晶片103和条形簧片203的数量相等且一一对应。
图3中，条形晶片103和条形簧片203的数量为6个，6个条形晶片103均匀分布在圆形晶片101的圆周方向上，6个条形簧片203均匀分布在圆形簧片202的圆周方向上。
具体的，条形簧片203的长度大于条形晶片103的长度，条形簧片203的末端形成安装台，安装台用于将本发明所述压电晶片固定安装在传感器内部。
参考图4，压电晶片1的数量为2个，2个压电晶片1分别为顶部压电晶片1和底部压电晶片1，顶部压电晶片1紧密贴设在弹簧片2的上表面，底部压电晶片1紧密贴设在弹簧片2的下表面。其中，顶部压电晶片1和底部压电晶片1之间通过金属弹簧片2形成串联关系。
具体的，圆形晶片101和条形晶片103通过磨具制作烧结制成整体结构，圆形簧片202和条形弹簧103为金属材料，通过腐蚀方式形成整体结构。
工作原理：压电晶片1的中心晶片通孔101和弹簧片2中心弹簧通孔201同轴、同直径设置，在晶片通孔101和弹簧通孔201处安装有悬空的振动质量体，条形簧片203的末端形成安装台，安装台固定安装在传感器内部，当传感器接受到振动波时，质量体开始上、下摆动，由于压电晶片1和弹簧片2通过绝缘胶紧密贴合且具有弹性，在质量体的带动之下，本实施例的压电晶片1的上下表面产生电压，顶部压电晶片1和底部压电晶片1之间通过电容关系形成串联电压关系，通过检测产生电压或者电荷数值可以计算和推导出振动波的数值。
实施例2
如图5所示，一种压电晶片1，包括紧密贴合且形状一致的压电晶片1和弹簧片2，压电晶片1包括中部带孔的圆形晶片101、以及设置在圆形晶片101上的多个条形晶片103；弹簧片2包括中部带孔的圆形簧片202、以及设置在圆形簧片202上的多个条形簧片203。图中，条形晶片103和条形簧片203的数量为4个，4个条形晶片103均匀分布在圆形晶片101的圆周方向上，4个条形簧片203均匀分布在圆形簧片202的圆周方向上。具体的，条形簧片203的长度大于条形晶片103的长度，条形簧片203的末端形成安装台，安装台可以固定安装在传感器内部。
实施例3
如图6所示，一种压电晶片1，包括紧密贴合且形状一致的压电晶片1和弹簧片2，压电晶片1包括中部带孔的圆形晶片101、以及设置在圆形晶片101上的多个条形晶片103；弹簧片2包括中部带孔的圆形簧片202、以及设置在圆形簧片202上的多个条形簧片203。图中，条形晶片103和条形簧片203的数量为3个，3个条形晶片103均匀分布在圆形晶片101的圆周方向上，3个条形簧片203均匀分布在圆形簧片202的圆周方向上。具体的，条形簧片203的长度大于条形晶片103的长度，条形簧片203的末端形成安装台，安装台可以固定安装在传感器内部。
需要说明的是，条形晶片和条形簧片的数量可以为N个，其中，N为大于等于2的自然数。上述实施例只阐述了N为3、4和6情况。针对其他情况，本领域的技术人员可以根据本发明提出的技术方案结合现有技术灵活进行扩展，例如N为2、5、7、8、9等等。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种压电晶片，其特征在于，包括紧密贴合且形状一致的压电晶片和弹簧片，所述压电晶片包括中部带孔的圆形晶片、以及设置在圆形晶片上的多个条形晶片；所述弹簧片包括中部带孔的圆形簧片、以及设置在圆形簧片上的多个条形簧片，所述条形晶片和条形簧片的数量相等且一一对应。
2.如权利要求1所述的一种压电晶片，其特征在于，所述压电晶片包括顶部压电晶片和底部压电晶片，所述顶部压电晶片紧密贴设在弹簧片的上表面，所述底部压电晶片紧密贴设在弹簧片的下表面。
3.如权利要求2所述的一种压电晶片，其特征在于，所述顶部压电晶片和底部压电晶片之间通过弹簧片形成串联关系。
4.如权利要求1所述的一种压电晶片，其特征在于，所述条形晶片均匀分布在圆形晶片的圆周方向上，所述条形簧片均匀分布在圆形簧片的圆周方向上。
5.如权利要求4所述的一种压电晶片，其特征在于，所述条形簧片的长度大于条形晶片的长度，所述条形簧片的末端形成安装台。
6.如权利要求1所述的一种压电晶片，其特征在于，所述条形晶片和条形簧片的数量为N个，N为大于等于2的自然数。
7.如权利要求6所述的一种压电晶片，其特征在于，所述条形晶片和条形簧片的数量为3至8个。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种压电晶片，其特征在于，所述圆形晶片和条形晶片为一体结构。
9.如权利要求1-7任意一项所述的一种压电晶片，其特征在于，所述圆形簧片和条形簧片为一体结构。
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