CN110221097A - 压电传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种压电传感器，包括：压电晶体柱体，压电晶体柱体包括层叠设置的多个晶体层，晶体层具有轴向相对的两个端面，两个端面均包括电极膜区和端子膜区，同一端面的电极膜区和端子膜区之间通过晶体露出区隔开，每个晶体层中两个端面的电极膜区分别与相对端面的端子膜区电连接，相邻晶体层的相邻端面上的端子膜区之间及电极膜区之间对应接触并形成电连接。本发明实施例提供的压电传感器结构刚性高，堆叠尺寸小，结构紧凑、整体性好。

Description

压电传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压电传感器。
背景技术
压电加速度传感器输出的信号与系统所受振动加速度成正比，对于性能指标要求高的压电加速度传感器，例如用于标定加速度传感器的标准压电加速度传感器，要求具有更优的线性度、年稳定性和更高的谐振频率。
当下压电加速度传感器，频响特性较低、整体接触刚度不足、稳定性有待提高。
因此，亟需一种新的压电传感器。
发明内容
本发明实施例提供一种压电传感器，旨在能够实现结构刚性高，堆叠尺寸小，结构紧凑。
本发明实施例一方面提供了一种压电传感器，包括：
压电晶体柱体，压电晶体柱体包括层叠设置的多个晶体层，晶体层具有轴向相对的两个端面，两个端面均包括电极膜区和端子膜区，同一端面的电极膜区和端子膜区之间通过晶体露出区隔开，每个晶体层中两个端面的电极膜区分别与相对端面的端子膜区电连接，相邻晶体层的相邻端面上的端子膜区之间及电极膜区之间对应接触并形成电连接。
根据本发明实施例的一个方面，每个晶体层的外周表面上具有侧电极膜层，每个晶体层中端面的电极膜区通过侧电极膜层与相对端面的端子膜区形成电连接。
根据本发明实施例的一个方面，每个端面中电极膜区所占的面积大于端子膜区所占的面积。
根据本发明实施例的一个方面，每个晶体层的两个端面的电极膜区的极性相反。
根据本发明实施例的一个方面，还包括壳体、连接部件和质量块，壳体具有定位孔，压电晶体柱体和质量块置于壳体内，连接部件穿过定位孔将压电晶体柱体和质量块沿压电晶体柱体的轴向方向压紧至壳体。
根据本发明实施例的一个方面，连接部件包括第一连接件和第二连接件，压电晶体柱体和质量块具有中心通孔，第一连接件穿过定位孔和中心通孔与第二连接件紧固连接。
根据本发明实施例的一个方面，壳体具有安装孔，安装孔与压电晶体柱体同轴，并位于壳体的远离定位孔的一端。
根据本发明实施例的一个方面，壳体包括多个壳体部，定位孔和安装孔分别位于壳体的不同壳体部上。
根据本发明实施例的一个方面，还包括连接器组件，壳体上设置有连接器通孔，连接器组件通过连接器通孔安装到壳体，并且连接器组件与壳体之间绝缘设置。
根据本发明实施例的一个方面，连接器组件包括：
连接器壳体，与壳体之间绝缘设置；
插针，与连接器壳体之间绝缘设置，并电连接至压电晶体柱体。
本发明提供的压电传感器，压电晶体柱体中多个晶体层之间层叠设置，并通过设置在晶体层上电极膜区和端子膜区实现晶体层之间的电连接而不单独设置电极层，从而提高压电晶体柱体的结构刚性，减小了堆叠尺寸，结构紧凑，整体性好。
附图说明
下面将参照附图对非限制性实施例进行更详细描述，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的结构示意图；
图2是本发明实施方式的压电传感器的晶体层的俯视图；
图3是图2的晶体层的沿A-A线的剖视图；
图4是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的结构示意图，其中示出有第一侧电极和第二侧电极；
图5是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的一个实施例的部分结构剖视图；
图6是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的另一个实施例的部分结构剖视图；
图7是本发明实施方式的压电传感器的剖视图。
附图标记说明：1、压电晶体柱体；11、晶体层；111、电极膜区；112、端子膜区；113、侧电极膜层；12、第一侧电极；13、第二侧电极；2、壳体；3、连接部件；31、第一连接件；32、第二连接件；4、质量块；5、绝缘部件；6、密封垫片；7、连接器组件；71、连接器壳体；72、插针。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，部分结构的尺寸并不是按照实际比例示出。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面参照图1至图7对根据本发明实施例的压电传感器进行详细描述。
图1是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的结构示意图。图2是本发明实施方式的压电传感器的晶体层的俯视图。图3是图2的晶体层的沿A-A线的剖视图。一并参阅图1至图3，根据本发明的压电传感器包括压电晶体柱体1，压电晶体柱体1包括层叠设置的多个晶体层11，晶体层11具有轴向相对的两个端面，两个端面均包括电极膜区111和端子膜区112，同一端面的电极膜区111和端子膜区112之间通过晶体露出区隔开，每个晶体层11中两个端面的电极膜区111分别与相对端面的端子膜区112电连接，相邻晶体层11的相邻端面上的端子膜区112之间及电极膜区111之间对应接触并形成电连接。
根据本发明的实施例，压电晶体柱体1具有轴向相对的第一端和第二端，多个晶体层11沿着压电晶体柱体1的轴向层叠设置。晶体层11为厚度均匀的晶体片，并可具有任何合适的横截面形状，包括但不限于圆形、矩形、椭圆形等。厚度均匀的晶体层11堆叠成的压电晶体柱体1的整体刚度更高，使得根据本发明实施例的压电传感器的稳定性更好。晶体层11的端面与其外周表面之间形成有相交的边缘。晶体层11可由任何合适的压电材料构成，包括但不限于石英单晶、PZT(锆钛酸铅)、铋层状陶瓷、铌酸锂等。在一个实施例中，晶体层11为石英单晶薄片。
根据本发明的实施例，每个晶体层11的两个端面均敷设有图案化的电极膜区111和端子膜区112。每个端面表面的电极膜区111和端子膜区112之间隔有晶体露出区，使得每个端面表面的电极膜区111和端子膜区112并不连通。在一个具体的实施例中，电极膜区111和端子膜区112为厚度极薄的镀金属层，金属层的厚度设置为极薄可以在提供电导通的同时可以进一步减小晶体层11层叠后的厚度，并提高晶体层11之间的接触刚度，进而进一步提高压电晶体柱体1的刚度。
根据本发明的实施例，每个端面中电极膜区111所占的面积大于端子膜区112所占的面积。在一个实施例中，在每个晶体层11的每个端面中，电极膜区111、端子膜区112以及其间的晶体露出区占据该端面的整个表面区域。电极膜区111和端子膜区112分别与其所在端面的边缘具有相交区域，例如点、线或线段。换言之，晶体层11的电极膜区111和端子膜区112分别部分暴露于该晶体层11的外周表面。
根据本发明的实施例，每个晶体层11的外周表面上具有侧电极膜层113，每个晶体层11中端面的电极膜区111通过侧电极膜层113与相对端面的端子膜区112形成电连接。每个晶体层11中，侧电极膜层113的数量为两个或两个以上。在一个具体的实施例中，每个晶体层11的外周表面上具有间隔设置的两个侧电极膜层113。侧电极膜层113具有两个电连接端，一个电连接端电连接至其所在晶体层11的一个端面的电极膜区111，且另一个电连接端电连接至其所在晶体层11的另一个端面的端子膜区112。即每个晶体层11的属于不同端面的电极膜区111与端子膜区112之间通过侧电极膜层113形成电连接。
根据本发明的实施例，每个晶体层11的两个端面的电极膜区111的极性相反。
根据本发明的实施例，相邻晶体层11的相邻端面上的图案化膜层彼此相互对应，即端子膜区112之间对应接触并形成电连接，电极膜区111之间对应接触并形成电连接。并且在相邻晶体层11中，对应接触的一对端子膜区112与对应接触的一对电极膜区111之间通过晶体露出区间隔开。
根据本发明的压电传感器，压电晶体柱体1中多个晶体层11之间层叠设置，并通过设置在晶体层1上电极膜区111和端子膜区112实现晶体层11之间的电连接而不单独设置电极层，从而提高压电晶体柱体1的结构刚性，减小了堆叠尺寸，结构紧凑，整体性好。
图4是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的结构示意图，其中示出有第一侧电极和第二侧电极。如图4所示，根据本发明的实施例，压电晶体柱体1的外周表面上形成有由侧电极膜层113构成的第一侧电极12和第二侧电极13，第一侧电极12和第二侧电极13分别从第一端延伸至第二端，且在压电晶体柱体1的外周表面上相互间隔设置。压电晶体柱体1中的一部分电极膜区111与第一侧电极12电连接，另一部分与第二侧电极13电连接。与第一侧电极12电连接的电极膜区111构成并联电容的一个极板，与第二侧电极13电连接的电极膜区111构成该并联电容的另一个极板。在一个实施例中，第一侧电极12可以作为正极引线，第二侧电极13可以作为负极引线。在另一个实施例中，第一侧电极12可以作为负极引线，第二侧电极13可以作为正极引线。
图5是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的一个实施例的部分结构剖视图。如图5所示，根据本发明的一个实施例，第一侧电极12或第二侧电极13在压电晶体柱体1的外周表面上断开设置。即，构成第一侧电极12(或第二侧电极13)的多个侧电极膜层113之间不连接，而通过对应的电极膜区111或端子膜区112形成电连接。这种断开设置可减小第一侧电极12和第二侧电极13在轴向上的应力集中，可在一定程度上避免或应对第一侧电极12和第二侧电极13在轴向上的断裂，从而提高传感器的稳定性和可靠性。
图6是本发明实施方式的压电传感器的压电晶体柱体的另一个实施例的部分结构剖视图。如图6所示，根据本发明的另一个实施例，第一侧电极12或第二侧电极13在压电晶体柱体1的外周表面上连续设置。即，构成第一侧电极12(或第二侧电极13)的多个侧电极膜层113之间依次连接，并与对应的电极膜区111或端子膜区112形成电连接。这种连续设置可利用在压电晶体柱体1的外周表面上整体敷设第一侧电极12和第二侧电极13，从而更方便地设置第一侧电极12和第二侧电极13。
根据本发明的实施例，压电晶体柱体1的形状为圆柱体，在另一个实施例中，压电晶体柱体1的形状为多边形柱体。
根据本发明的实施例，压电晶体柱体1的外周表面具有侧电极容置部，以用于容置第一侧电极12或第二侧电极13。在一个实施例中，侧电极容置部为设置在压电晶体柱体1的外周表面上的两个平齐切面，该两个平齐切面从轴向第一端延伸至第二端，并且相互之间间隔开。优选地，两个平齐切面在压电晶体柱体1的径向上相对。第一侧电极12和第二侧电极13分别敷设在一个平齐切面上，即第一侧电极12对应一个平齐切面，第二侧电极13对应另一个平齐切面。侧电极容置部还可以是弧形切面，或与压电晶体柱体1的外周表面轮廓一致。设置侧电极容置部，能够更方便地敷设第一侧电极12和第二侧电极13，并且在晶体层11堆叠成压电晶体柱体1时便于晶体层11之间对齐。
图7是本发明实施方式的压电传感器的剖视图。如图7所示，根据本发明的压电传感器还包括壳体2、连接部件3和质量块4，壳体2具有定位孔，压电晶体柱体1和质量块4置于壳体2内，连接部件3穿过定位孔将和质量块4沿压电晶体柱体1的轴向方向压紧至壳体2。压电晶体柱体1设置在质量块4与壳体2之间，且压电晶体柱体1的轴向两端设置有绝缘部件5。即，压电晶体柱体1与壳体2之间，及压电晶体柱体1与质量块4之间分别设置有绝缘部件5。绝缘部件5可以是绝缘垫片。
根据本发明的实施例，连接部件3包括第一连接件31和第二连接件32，压电晶体柱体1和质量块4具有中心通孔，第一连接件31穿过定位孔和中心通孔与第二连接件32紧固连接。压电晶体柱体1和质量块4的中心通孔的孔壁与第一连接件31之间绝缘设置或间隙配合。第一连接件31可以是螺栓，第二连接件32可以是相配合的螺母。第一连接件31的杆部穿过定位孔，第二连接件32与第一连接件31的杆部上的螺纹配合。第一连接件31具有凸肩部分，凸肩部分的径向尺寸大于定位孔的直径，使得第一连接件31限位在定位孔处。并且定位孔处还可以设置有容置凸肩部分的环形槽。可选地，本实施例提供的压电传感器还可以包括密封垫片6，壳体2的定位孔处还包括可容置密封垫片6的容纳部，具体为开设在壳体2的定位孔处的环形槽。
根据本发明的实施例，壳体2具有安装孔，安装孔与压电晶体柱体1同轴，并位于壳体2的远离定位孔的一端。即，安装孔与定位孔分设在压电晶体柱体1的相对两端附近，安装孔所在的壳体2区域远离定位孔所在的壳体2区域。这样，如图1所示，在图1所示的方位中，压电晶体柱体1相对于安装孔是倒装设置的。这样，在本实施例提供的压电传感器通过安装孔安装到受测装置上的情况下，能够减小甚至消除压电晶体柱体1受安装孔处应变的影响。
根据本发明的实施例，壳体2包括多个壳体部，定位孔和安装孔分别位于壳体2的不同壳体部上。如图1所示，壳体2包括第一壳体部和第二壳体部，定位孔设置在第一壳体部上，安装孔设置在第二壳体部上。第一壳体部和第二壳体部可组装成壳体2。第一壳体部和第二壳体部之间可设置为可拆卸连接，例如螺纹连接。定位孔所在的壳体2部分可形成为第一基座，定位孔位于第一基座上。安装孔所在的壳体2部分可形成为第二基座，安装孔位于第二基座上。第一基座和第二基座相对于壳体2的其他部分厚度较厚。
根据本发明的压电传感器还包括连接器组件7，壳体2上设置有连接器通孔，连接器组件7通过连接器通孔安装到壳体2，并且连接器组件7与壳体2之间绝缘设置。连接器组件7的一部分穿过连接器通孔进入壳体2的内部，另一部分处于壳体2的外部。连接器通孔可以与安装孔处于壳体2的同一部分，即都处于第二壳体部上。
根据本发明的实施例，连接器组件7包括连接器壳体71和插针72，连接器壳体71与壳体2之间绝缘设置，并电连接到第一侧电极12和第二侧电极13中的一个。插针72与连接器壳体71之间绝缘设置，并电连接到第一侧电极12和第二侧电极13中的另一个。连接器组件7可以是单芯连接器。连接器组件7与第一侧电极12和第二侧电极13之间的电连接可以通过导线。连接器壳体71与壳体2之间可以通过玻璃烧结的形式进行绝缘固定。插针72与连接器壳体71之间可以通过玻璃烧结的形式进行绝缘固定。连接器壳体71与壳体2之间绝缘设置，使壳体2与信号隔离，提升了本实施例提供的压电传感器抗外部干扰能力。
根据本发明的压电传感器，压电晶体柱体1中多个晶体层11之间层叠设置，并通过设置在晶体层1上电极膜区111和端子膜区112实现晶体层11之间的电连接而不单独设置电极层，从而提高压电晶体柱体1的结构刚性，减小了堆叠尺寸，结构紧凑，整体性好；安装孔与定位孔相对远离设置，在本实施例提供的压电传感器通过安装孔安装到受测装置上的情况下，能够减小甚至消除压电晶体柱体1受安装孔处应变的影响；连接器壳体71与壳体2之间绝缘设置，使壳体2与信号隔离，提升了本实施例提供的压电传感器抗外部干扰能力。
应当理解，说明书对于本发明的具体实施方式的描述是示例性的，而不应当解释为对于本发明保护范围的不当限制。本发明的保护范围由其权利要求限定，并涵盖落入其范围内的所有实施方式及其明显的等同变例。

Claims (10)

1.一种压电传感器，其特征在于，包括：
压电晶体柱体(1)，所述压电晶体柱体(1)包括层叠设置的多个晶体层(11)，所述晶体层(11)具有轴向相对的两个端面，两个所述端面均包括电极膜区(111)和端子膜区(112)，同一所述端面的所述电极膜区(111)和所述端子膜区(112)之间通过晶体露出区隔开，每个所述晶体层(11)中两个所述端面的所述电极膜区(111)分别与相对所述端面的所述端子膜区(112)电连接，相邻所述晶体层(11)的相邻所述端面上的所述端子膜区(112)之间及所述电极膜区(111)之间对应接触并形成电连接。
2.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，每个所述晶体层(11)的外周表面上具有侧电极膜层(113)，每个所述晶体层(11)中所述端面的所述电极膜区(111)通过所述侧电极膜层(113)与相对所述端面的所述端子膜区(112)形成电连接。
3.根据权利要求2所述的压电传感器，其特征在于，每个所述端面中所述电极膜区(111)所占的面积大于所述端子膜区(112)所占的面积。
4.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，每个所述晶体层(11)的两个所述端面的所述电极膜区(111)的极性相反。
5.根据权利要求1所述的压电传感器，其特征在于，还包括壳体(2)、连接部件(3)和质量块(4)，所述壳体(2)具有定位孔，所述压电晶体柱体(1)和所述质量块(4)置于所述壳体(2)内，所述连接部件(3)穿过所述定位孔将所述压电晶体柱体(1)和所述质量块(4)沿所述压电晶体柱体(1)的轴向方向压紧至所述壳体(2)。
6.根据权利要求5所述的压电传感器，其特征在于，所述连接部件(3)包括第一连接件(31)和第二连接件(32)，所述压电晶体柱体(1)和所述质量块(4)具有中心通孔，所述第一连接件(31)穿过所述定位孔和所述中心通孔与所述第二连接件(32)紧固连接。
7.根据权利要求5所述的压电传感器，其特征在于，所述壳体(2)具有安装孔，所述安装孔与所述压电晶体柱体(1)同轴，并位于所述壳体(2)的远离所述定位孔的一端。
8.根据权利要求7所述的压电传感器，其特征在于，所述壳体(2)包括多个壳体部，所述定位孔和所述安装孔分别位于所述壳体(2)的不同所述壳体部上。
9.根据权利要求5所述的压电传感器，其特征在于，还包括连接器组件(7)，所述壳体(2)上设置有连接器通孔，所述连接器组件(7)通过所述连接器通孔安装到所述壳体(2)，并且所述连接器组件(7)与所述壳体(2)之间绝缘设置。
10.根据权利要求9所述的压电传感器，其特征在于，所述连接器组件(7)包括：
连接器壳体(71)，与所述壳体(2)之间绝缘设置；
插针(72)，与所述连接器壳体(71)之间绝缘设置，并电连接至所述压电晶体柱体(1)。
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