CN109959443B - 一种宽频压电振动传感器装配结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽频压电振动传感器装配结构，包括宽频压电组件(1)、外壳(2)、顶盖板(3)、插针(4)、接线片(5)和引线(6)，其特征在于：外壳(2)与插针(4)封接固定，宽频压电组件(1)安装于外壳(2)内，插针(4)用于引出宽频压电组件(1)的引线(6)，顶盖板(3)安装在外壳(2)顶部。宽频压电组件采用剪切式结构并减小了外壳高度，降低了结构重心，有利于提高共振频率及频响范围。
Description
技术领域
本专利在平面剪切式结构压电组件基础上，实现压电组件与耐高温密封外壳的可靠机械和电气连接，属于机载宽频电荷输出型压电振动传感器领域。
背景技术
目的：近些年，压电式振动传感器已逐步在新型或新研的航空发动机上应用并推广，常见的中心压缩式结构机载压电振动传感器由于结构设计限制，一般5％误差的频响在2.5kHz左右，1dB误差的频响也仅在5kHz左右。考虑到机载应用环境中安装的可替换性及机载振动测试技术的发展、发动机振动测试方法研究的升入和机匣类结构健康监测对宽频带振动测量的需求，沿用ARINC标准3孔安装，并在此基础上通过压电组件与外壳结构、布线与装配方式的改进设计提高传感器的频率响应范围、共振频率及结构稳定性，提高布线装配的可操作性，并利用剪切式结构抗环境干扰能力强的优点，提高机载环境适应性，具有重要的工程应用意义。
构成：宽频压电组件、外壳、顶盖板、插针、引线、转接片等
效果分析：目前常用的中心压缩式机载压电式振动传感器如图1所示，中心压缩式最大优点是耐振动量级较大，但是该结构压电组件重心高，质量大，外壳高度也高，导致频响也不高，一般5％偏差频响范围在2.5kHz。而且该类产品压电组件和外壳内腔长径比大，使得装配难度也相应增加，在很大量级振动条件下易产生横向上的结构断裂。在抗环境干扰，如热瞬态、基座应变方面也没有剪切式结构有优点。
发明内容
发明目的：主要针对常用中心压缩式压电振动传感器结构尺寸高与频响范围低等问题，从提高机载压电式振动传感器宽频响应范围12kHz，±10％、压电组件接线可靠性和机械结构共振频率角度出发，设计平面剪切式宽频压电组件装配结构及其总装布线方式。
技术方案：为实现上述发明目的，从宽频压电组件装配结构及宽频压电组件与外壳间的连接布线两方面阐述本技术方案，宽频压电式振动传感器结构如图2所示。宽频压电组件为平面剪切式结构，底座为圆柱底矩形立柱的T型结构，且矩形立柱带有圆角和通孔用于减小应力集中、提高结构稳定性和装配螺钉。压电陶瓷片、绝缘片及接线片均为方形带孔结构，质量块为半圆形带孔结构，方便螺钉和螺母穿孔装配、降低重心布局。接线片采用超薄矩形带状设计，所有出线根部均圆角加工，除了方便柔性布线外，通过压电陶瓷片、绝缘片及质量块的装配结构使其立式出线降低主灵敏度方向引线振幅，减小出线质量及振动时的甩动附加质量。
宽频压电组件与外壳间的连接布线是通过外壳上玻璃封接的带孔插针实现。外壳上插座是通过一体化设计并加工，并在外壳上通过匹配玻璃封接带孔插针，用于压电组件引线穿过，同时保护内部压电元件组件及引线。宽频压电组件引线为高温合金线，其与宽频压电组件接线片是通过电阻点焊转接片连接，如图3所示。布线结束后再将底座电子束焊接、插针激光密封焊接、带孔顶盖板氩弧焊接，最后加温干燥处理绝缘后密封顶盖板工艺孔。
具体方案如下：
一种宽频压电振动传感器装配结构，包括宽频压电组件1、外壳2、顶盖板3、插针4、接线片5和引线6，外壳2与插针4封接固定，宽频压电组件1安装于外壳2内，插针4用于引出宽频压电组件1的引线6，顶盖板3安装在外壳2顶部。
外壳2为机械加工件，与插针4通过高阻抗玻璃粉匹配封接固定。宽频压电组件1由螺钉8、绝缘片9、压电陶瓷片10、质量块11、螺母12、底座13及接线片5组成，其中绝缘片9、压电陶瓷片10、质量块11及接线片5通过螺钉8和螺母12穿过底座13立柱上的通孔，并使用扭矩扳手及工装夹具预紧，使其固紧状态满足耐冲击极限要求。插针4为中间带通孔管状结构。顶盖板3结构为中间带工艺孔圆形高温合金金属零件。
宽频压电组件1的接线片5与引线6通过转接片7进行电阻点焊固定，引线6为高温合金线材。将宽频压电组件引线6装配进外壳2的插针4内腔中，调整内腔布线长度和位置后将宽频压电组件与外壳2电子束焊接，插针4端部激光焊接，再将顶盖板3与外壳2氩弧焊接，所有焊接均应通过加压检查泄漏以保证气密性。高温处理绝缘并检测性能后将顶盖板3工艺孔密封。
优点/积极效果：本发明实现了以下优点及积极效果：
1)宽频压电组件采用剪切式结构并减小了外壳高度，降低了结构重心，有利于提高共振频率及频响范围；
2)宽频压电组件采用平面剪切式结构，相比其他剪切结构如环形剪切易于装配设计；
3)相比中心压缩式，本结构固定压电敏感元件部位与底座为一体设计并在转角增加圆角设计，提高了结构强度与稳定性；
4)外壳与插座的一体化结构相比外壳上焊接插座，提高了结构强度，降低了插座断裂的结构损伤风险；
5)通过转接片将接线片与高温合金线电阻点焊，提高了布线灵活性，降低了直接点焊合金线产生根部颈缩或断裂的焊接损伤风险；
6)外壳上的插针管状设计，易于外壳内腔布线，避免在封闭内腔布线产生的扭曲，使得宽频性能降低；
7)管状插针直接玻璃封接固定在外壳上，通过管状结构能释放径向封接应力，提高了引线固定方式的耐温及封接的可靠性和强度；
8)因压电陶瓷材料易吸潮，因此带孔顶盖板及环形槽沟设计结构，易于最后进行加温干燥处理及缓冲焊接应力和使用中的振动应力。
附图说明：
图1中心压缩式机载振动传感器
图2宽频压电式振动传感器结构
图3接线结构
图4宽频压电组件结构
图5外壳组合结构
图6顶盖板结构
具体实施方式
为了使本发明的目的及技术方案和优点更加清楚，下面将结合图2-6对本发明作进一步地详细描述。
本发明包括宽频压电组件1、外壳2、顶盖板3、插针4、接线片5和引线6，外壳2与插针4封接固定，宽频压电组件1安装于外壳2内，插针4为中间带通孔管状结构，用于引出宽频压电组件1的引线6，顶盖板3安装在外壳2顶部。
外壳2为机械加工件，与插针4通过高阻抗玻璃粉匹配封接固定，并保证气密性。
宽频压电组件1由螺钉8、绝缘片9、压电陶瓷片10、质量块11、螺母12、底座13及接线片5组成，其中绝缘片9、压电陶瓷片10、质量块11及接线片5通过螺钉8和螺母12穿过底座13立柱上的通孔使用扭矩扳手及工装夹具预紧，使其固紧状态满足耐冲击极限要求。
图5中的外壳组合结构主要由外壳2与插针4组成,主要起外壳保护、振动传递及宽频压电组件固定作用，插针4为中间带通孔管状结构，用于引出宽频压电组件引线。
外壳2与插针4通过高阻抗玻璃粉密封封结而成，具有耐高温和气密封保护作用。
图6顶盖板3结构为中间带工艺孔圆形高温合金金属零件，用于结构保护和最后的成品密封作用。
宽频压电组件的接线片5与引线6通过转接片7进行电阻点焊固定，焊接结构如图3所示，引线6为高温合金线材。将宽频压电组件引线6装配进外壳2的插针4内腔中，调整内腔布线长度和位置后将宽频压电组件与外壳2电子束焊接，插针4端部激光焊接，再将顶盖板3与外壳2氩弧焊接，所有焊接均应通过加压检查泄漏以保证气密性。高温处理绝缘并检测性能后将顶盖板3工艺孔密封。
Claims (5)
1.一种宽频压电振动传感器装配结构，包括宽频压电组件(1)、外壳(2)、顶盖板(3)、插针(4)、接线片(5)和引线(6)，其特征在于：外壳(2)与插针(4)封接固定，宽频压电组件(1)安装于外壳(2)内，插针(4)用于引出宽频压电组件(1)的引线(6)，顶盖板(3)安装在外壳(2)顶部；宽频压电组件(1)由螺钉(8)、绝缘片(9)、压电陶瓷片(10)、质量块(11)、螺母(12)、底座(13)及接线片(5)组成，其中绝缘片(9)、压电陶瓷片(10)、质量块(11)及接线片(5)通过螺钉(8)和螺母(12)穿过底座(13)立柱上的通孔，并使用扭矩扳手及工装夹具预紧，使其固紧状态满足耐冲击极限要求；宽频压电组件(1)的接线片(5)与引线(6)通过转接片(7)进行电阻点焊固定，引线(6)为高温合金线材；将宽频压电组件引线(6)装配进外壳(2)的插针(4)内腔中，调整内腔布线长度和位置后将宽频压电组件与外壳(2)电子束焊接，插针(4)端部激光焊接，再将顶盖板(3)与外壳(2)氩弧焊接，所有焊接均应通过加压检查泄漏以保证气密性；宽频压电组件(1)为平面剪切式结构，底座(13)为圆柱底矩形立柱的T型结构，且矩形立柱带有圆角和通孔用于减小应力集中、提高结构稳定性和装配螺钉；压电陶瓷片(10)、绝缘片(9)及接线片(5)均为方形带孔结构，质量块(11)为半圆形带孔结构，方便螺钉和螺母穿孔装配、降低重心布局；接线片(5)采用超薄矩形带状设计，所有出线根部均圆角加工，除了方便柔性布线外，通过压电陶瓷片(10)、绝缘片(9)及质量块(11)的装配结构使其立式出线降低主灵敏度方向引线振幅，减小出线质量及振动时的甩动附加质量。
2.如权利要求1所述的装配结构，其特征在于：外壳(2)为机械加工件，与插针(4)通过高阻抗玻璃粉匹配封接固定。
3.如权利要求1所述的装配结构，其特征在于：插针(4)为中间带通孔管状结构。
4.如权利要求1所述的装配结构，其特征在于：顶盖板(3)结构为中间带工艺孔圆形高温合金金属零件。
5.如权利要求1所述的装配结构，其特征在于：高温处理绝缘并检测性能后将顶盖板(3)工艺孔密封。
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