CN113985067A - 一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器及制作方法，本发明涉及加速度传感器技术领域，包括：底座以及分别与底座连接的壳盖和芯体；壳盖的一端设有接嘴；芯体设有质量块；质量块上连接有上压电片和下压电片；通过导线将上压电片和下压电片并联，再将上压电片和下压电片分别通过导线与接嘴电连接。质量块设有中心柱、圆盘以及圆环，形成工字型结构，使得其结构具有较高的强度和运行可靠性。上压电片和下压电片分别套设到中心柱上，上压电片设置在圆盘上端，下压电片设置在圆盘下端，降低温度和基座应变对加速度传感器的影响，提高加速度传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及加速度传感器技术领域，尤其涉及一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器及制作方法。
背景技术
现有的剪切式压电加速度传感器，通过安装在电力设备表面的振动传感器获得振动信号，从中提取特征量后结合数据处理来实现检测。
如图1所示，剪切式压电加速度传感器具有外壳101，外壳101内部的压电敏感元件102处于中心柱和剪切式质量块103中间，压电元件102围绕固定中心支柱径向安装。在接收外部振动时，质量块产生的剪切应力直接作用在敏感元件上。
由于剪切式压电加速度传感器压电元件围绕固定中心支柱径向安装，难以承受较大的弹性变形，而且剪切式压电加速度传感器在使用较长时间后，由于质量块在感应过程受到剪切应力左右，而使得质量块与敏感元件之间间隙过大，造成灵敏度下降。
发明内容
本发明提供一种强度高可靠性好的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器。
加速度传感器包括：底座以及分别与底座连接的壳盖和芯体；壳盖的一端设有接嘴；
芯体设有质量块；
质量块上连接有上压电片和下压电片；
通过导线将上压电片和下压电片并联，再将上压电片和下压电片分别通过导线与接嘴电连接；
芯体通过螺钉固定到底座上；
在螺钉的螺纹上加环氧胶，旋紧烘干；
质量块还设有中心柱；中心柱的中部连接有圆盘，圆盘的边缘连接有圆环；螺钉穿过中心柱与底座螺纹连接。
进一步需要说明的是，上压电片的负极面和下压电片的负极面分别涂抹有导电胶；
涂抹有导电胶的一侧与质量块连接。
进一步需要说明的是，若加速度传感器为IEPE型；
上压电片的正极面和下压电片的正极面分别涂抹有导电胶；
涂抹有导电胶的一侧与质量块连接。
进一步需要说明的是，若加速度传感器为IEPE型，芯体上还设有连接电路；
上压电片和下压电片分别通过导线与连接电路电连接；连接电路与接嘴电连接。
进一步需要说明的是，底座和壳盖分别采用不锈钢材料制作；
芯体采用铜合金材料制作。
进一步需要说明的是，底座设有外沿凸台，壳盖套设到外沿凸台上，并采用激光焊接。
进一步需要说明的是，上压电片和下压电片分别套设到中心柱上；
上压电片设置在圆盘上端；
下压电片设置在圆盘下端。
本发明还提供一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器的制作方法，方法包括：
在上压电片的负极面和下压电片的负极面分别涂抹导电胶；
将涂抹导电胶的负极面贴付到质量块上；
通过导线将上压电片和下压电片并联，再将上压电片和下压电片分别通过导线与接嘴电连接；
将质量块安置到底座上；
将螺钉穿过质量块的中心柱与底座螺纹连接，使芯体固定在底座上；
在螺纹内加环氧胶，旋紧烘干；
将壳盖套设到底座上，并通过激光焊接。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器中，质量块设有中心柱、圆盘以及圆环，形成工字型结构，使得其结构具有较高的强度和运行可靠性。上压电片和下压电片分别套设到中心柱上，上压电片设置在圆盘上端，下压电片设置在圆盘下端，降低温度和基座应变对加速度传感器的影响，提高加速度传感器的灵敏度。
本发明的芯体结构为圆盘与环面的设置方式，芯体通过螺钉固定在底座上，壳盖套设到底座上，并通过激光焊接形成加速度传感器，其结构简单，易于生产，强度高。
在平面挠曲式大灵敏度加速度传感器的结构中，底座和壳盖分别采用不锈钢材料制作，使用激光焊接密封形式。芯体采用铜合金材料，并进行制作，易于弹性变形产生挠曲力，使得芯体的强度高可靠性好。上压电片和下压电片并联，并涂抹有导电胶，使增大压电系数，提高灵敏度。芯体的T型质量块，降低温度和基座应变对传感器的影响。
对于本发明提供的IEPE型加速度传感器来讲，IEPE型加速度传感器去除压电材料电容对电压信号输出的影响，可灵活调整输出放大比。IEPE型加速度传感器可通过调整RC电路调整传感器低频特性，进一步增强传感器的低频特性。
IEPE型加速度传感器通过可调放大比可灵活调整传感器的灵敏度，实现了传感器体积尺寸不变，灵敏度可随意调整，噪声无变化的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术示意图；
图2为平面挠曲式大灵敏度加速度传感器示意图。
图3为IEPE型加速度传感器示意图；
附图标记说明：
1-底座，2-螺钉，3-下压电片，4-上压电片，5-连接电路，6-质量块，7-壳盖，8-接嘴，9-中心柱，10-圆盘，11-圆环，101-外壳，102-压电敏感元件，103-剪切式质量块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器中，在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。
本发明提供的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在…下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。
本发明提供的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器所采用的术语仅做描述具体实施例的用途，并非意在限制本文件内的表述。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还要理解的是，当用于本说明书时，术语“包括”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。
如图2和3所示，本发明提供的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器包括：底座1以及分别与底座1连接的壳盖7和芯体；壳盖7的一端设有接嘴8；芯体设有质量块6；质量块6上连接有上压电片4和下压电片3；通过导线将上压电片4和下压电片3并联，再将上压电片4和下压电片3分别通过导线与接嘴8电连接。接嘴8可以起到连接信号线，对加速度传感器感应的数据进行传输。
底座1和壳盖7分别采用不锈钢材料制作；芯体采用铜合金材料制作。底座1和壳盖7具有一定的强度同时，具有耐腐蚀性能。
本发明中，质量块6还设有中心柱9；中心柱9的中部连接有圆盘10，圆盘10的边缘连接有圆环11；螺钉2穿过中心柱与底座1螺纹连接。使芯体通过螺钉2固定到底座1上；在螺钉2的螺纹上加环氧胶，旋紧烘干，保障芯体内部的密封性能。
采用铜合金材料制作芯体具有一定的抗挠性变形。质量块6的中心柱9、圆盘10以及圆环11的设计结构具有较高的强度和运行可靠性。
上压电片4和下压电片3分别套设到中心柱9上；上压电片4设置在圆盘10上端；下压电片3设置在圆盘10下端。具体来讲，上压电片4的负极面和下压电片3的负极面分别涂抹有导电胶；涂抹有导电胶的一侧与质量块6连接。
本发明中上述结构主要为电荷型加速度传感器。本发明还提电压型加速度传感器，也就是IEPE型加速度传感器。
IEPE型加速度传感器与电荷型加速度传感器不同之处在于，上压电片4的正极面和下压电片3的正极面分别涂抹有导电胶；涂抹有导电胶的一侧与质量块6连接。
芯体上还设有连接电路5；上压电片4和下压电片3分别通过导线与连接电路5电连接；连接电路5与接嘴8电连接。
其余结构形式均与电荷型加速度传感器相同。
对于IEPE型加速度传感器来讲，IEPE型加速度传感器去除压电材料电容对电压信号输出的影响，可灵活调整输出放大比。IEPE型加速度传感器可通过调整RC电路调整传感器低频特性，进一步增强传感器的低频特性。
IEPE型加速度传感器通过可调放大比可灵活调整传感器的灵敏度，实现了传感器体积尺寸不变，灵敏度可随意调整，噪声无变化的效果。
基于上述平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，本发明还提供一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器的制作方法，方法包括：
在上压电片4的负极面和下压电片3的负极面分别涂抹导电胶；
将涂抹导电胶的负极面贴付到质量块6上；
通过导线将上压电片4和下压电片3并联，再将上压电片4和下压电片3分别通过导线与接嘴8电连接；
将质量块6安置到底座1上；
将螺钉2穿过质量块6的中心柱与底座1螺纹连接，使芯体固定在底座1上；
在螺纹内加环氧胶，旋紧烘干；
将壳盖7套设到底座1上，并通过激光焊接。
基于本发明提供的制作方法制作出来的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器中，芯体结构为圆盘与环面的设置方式，芯体通过螺钉固定在底座1上，壳盖7套设到底座1上，并通过激光焊接形成加速度传感器，其结构简单，易于生产，强度高。
在平面挠曲式大灵敏度加速度传感器的结构中，底座1和壳盖7分别采用不锈钢材料制作，使用激光焊接密封形式。芯体采用铜合金材料，并进行制作，易于弹性变形产生挠曲力，使得芯体的强度高可靠性好。上压电片4和下压电片3并联，并涂抹有导电胶，使增大压电系数，提高灵敏度。芯体的T型质量块，降低温度和基座应变对传感器的影响。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，包括：底座（1）以及分别与底座（1）连接的壳盖（7）和芯体；壳盖（7）的一端设有接嘴（8）；
芯体设有质量块（6）；
质量块（6）上连接有上压电片（4）和下压电片（3）；
通过导线将上压电片（4）和下压电片（3）并联，再将上压电片（4）和下压电片（3）分别通过导线与接嘴（8）电连接；
芯体通过螺钉（2）固定到底座（1）上；
在螺钉（2）的螺纹上加环氧胶，旋紧烘干；
质量块（6）还设有中心柱；中心柱的中部连接有圆盘，圆盘的边缘连接有圆环；螺钉（2）穿过中心柱与底座（1）螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
上压电片（4）的负极面和下压电片（3）的负极面分别涂抹有导电胶；
涂抹有导电胶的一侧与质量块（6）连接。
3.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
若加速度传感器为IEPE型；
上压电片（4）的正极面和下压电片（3）的正极面分别涂抹有导电胶；
涂抹有导电胶的一侧与质量块（6）连接。
4.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
若加速度传感器为IEPE型，芯体上还设有连接电路（5）；
上压电片（4）和下压电片（3）分别通过导线与连接电路（5）电连接；连接电路（5）与接嘴（8）电连接。
5.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
底座（1）和壳盖（7）分别采用不锈钢材料制作；
芯体采用铜合金材料制作。
6.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
底座（1）设有外沿凸台，壳盖（7）套设到外沿凸台上，并采用激光焊接。
7.根据权利要求1所述的平面挠曲式大灵敏度加速度传感器，其特征在于，
上压电片（4）和下压电片（3）分别套设到中心柱上；
上压电片（4）设置在圆盘上端；
下压电片（3）设置在圆盘下端。
8.一种平面挠曲式大灵敏度加速度传感器的制作方法，其特征在于，方法包括：
在上压电片（4）的负极面和下压电片（3）的负极面分别涂抹导电胶；
将涂抹导电胶的负极面贴付到质量块（6）上；
通过导线将上压电片（4）和下压电片（3）并联，再将上压电片（4）和下压电片（3）分别通过导线与接嘴（8）电连接；
将质量块（6）安置到底座（1）上；
将螺钉（2）穿过质量块（6）的中心柱与底座（1）螺纹连接，使芯体固定在底座（1）上；
在螺纹内加环氧胶，旋紧烘干；
将壳盖（7）套设到底座（1）上，并通过激光焊接。
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