CN114624468B - 一种防水型六维振动传感器及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水型六维振动传感器及其测量方法，属于加速度传感器技术领域，包括壳体和防水线缆，所述壳体为正六面体，正六面体中的相邻三面上分别垂直安装有芯体a、芯体b和芯体c，芯体a、芯体b和芯体c的轴线相互垂直，定义芯体a、芯体b和芯体c的轴线方向分别为Y轴、X轴和Z轴方向；所述芯体a用于测量Y轴轴向加速度和X轴周向加速度，芯体b用于测量X轴轴向加速度和Z轴周向加速度，芯体c用于测量Z轴轴向加速度和Y轴周向加速度，芯体a、芯体b和芯体c分别与防水线缆连接，用于传输信号。本发明可同时测量X轴、Y轴、Z轴的轴向加速度和周向加速度，实现了六维测量，其结构合理、尺寸较小，且具有防水功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种防水型六维振动传感器及其测量方法，属于加速度传感器技术领域。
背景技术
输水管线出口闸门的水力特性和诱发振动是极其复杂的流固耦合问题。因此，通过六维振动在线监测分析，对确保闸门及闸墩的安全运行具有重要作用，是确保引水工程安全运行的关键技术问题之一。
机器人和空间机构的运动情况可以通过对其六维加速度（包括三维角加速度和三维线加速度）的传感得到。由于传统的加速度传感器只能实现三维线加速度或单轴角加速度的传感，三维线加速度+三个单轴角加速度传感可实现六维加速度，但是需要4个传感器，对空间要求较严格，且安装位置、环境等因素也会影响测量结果，不利于推广使用。
如何同时实现三维角加速度和三维线加速度传感的六维加速度传感器的研究便成了惯性技术和传感器技术领域研究的一个热点问题。目前不同敏感元件和解耦方式的六维加速度传感器已有很多种，在完成六维加速度测量的同时还存在各种缺点，如尺寸较大、结构复杂，维间耦合偏差大，解耦方式复杂等，为克服这些缺点，亟需一种结构简单、小型化，无维间耦合，无解耦计算，同时具备防水能力的六维加速度传感器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种防水型六维振动传感器及其测量方法，可同时测量X轴、Y轴、Z轴的轴向加速度和周向加速度，实现了六维测量，其结构合理、尺寸较小，且具有防水功能。
本发明采用以下技术方案：
一种防水型六维振动传感器，包括壳体和防水线缆，所述壳体为正六面体，正六面体中的相邻三面上分别垂直安装有芯体a、芯体b和芯体c，芯体a、芯体b和芯体c的轴线相互垂直，定义芯体a、芯体b和芯体c的轴线方向分别为Y轴、X轴和Z轴方向；
所述芯体a用于测量Y轴轴向加速度和X轴周向加速度，芯体b用于测量X轴轴向加速度和Z轴周向加速度，芯体c用于测量Z轴轴向加速度和Y轴周向加速度，芯体a、芯体b和芯体c分别与防水线缆连接，用于传输信号。
优选的，所述芯体a、芯体b和芯体c结构相同，以芯体a结构为例进行说明，芯体b、芯体c结构不再赘述，芯体a包括螺栓、质量块、绝缘片a、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片、半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、绝缘片b、半电极片c、半压电陶瓷b、半电极片d和电极片b；
所述质量块、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片和绝缘片b均为圆环形，半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、半电极片c、半压电陶瓷b和半电极片d均为半圆环形，质量块上方开设有方便夹持的槽；
所述绝缘片b位于最下方，隔离绝缘片放置于绝缘片b上表面，隔离绝缘片下表面沿其径向对称设置有两个凸台，用于隔离半电极片b和半电极片c，半压电陶瓷a和半压电陶瓷b，半电极片a和半电极片d，半电极片b与半电极片c组成的电极对、半压电陶瓷a和半压电陶瓷b组成的陶瓷对，以及半电极片a和半电极片d组成的电极对依次堆叠于绝缘片b与隔离绝缘片组成的空间内；所述电极片b、压电陶瓷、绝缘片a、质量块依次堆叠于隔离绝缘片上表面，除螺栓外，芯体a的其他结构中部均有孔，多个孔相互堆叠后形成中心孔，螺栓从质量块端穿过该中心孔，将芯体a安装于壳体上，进一步的，除螺栓和质量块外，芯体a的其他结构外边缘相互对齐，即尺寸一致；
所述电极片a、电极片b的接线端，与半电极片a、半电极片b、半电极片c及半电极片d的接线端保持90度，所述电极片a、半电极片a和半电极片d的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b、半电极片b和半电极片c的接线端与壳体连接用于接地。
优选的，所述压电陶瓷和半陶瓷对的数量均为一个或多个，当压电陶瓷和半陶瓷对数量为多个时，多个压电陶瓷以正极相对、负极相对的方式并联，且多个压点陶瓷之间设置有新的电极片；
多个半压电陶瓷a和多个半压电陶瓷b分别以正极相对、负极相对的方式并联，且多个半压电陶瓷a之间、以及多个半压电陶瓷b之间均设置有新的半电极片；
新的电极片、新的半电极片的接线端均为：正极与防水线缆连接，负极与壳体连接。
压电陶瓷和半陶瓷对的数量为多个时，并联连接可通过电荷累计进而增大传感器的灵敏度，可根据所需的灵敏度合理选择压电陶瓷和半陶瓷对的数量。
优选的，正六面体壳体设有倒角，可减小传感器整体质量和体积，方便安装，所述壳体安装芯体的三面上分别设置有一螺纹孔，在螺纹孔内分别设置有安装面a、安装面b和安装面c，安装面a、安装面b和安装面c分别垂直于Y轴、X轴和Z轴，所述安装面a、安装面b和安装面c上分别设置有带有内螺纹的安装孔a、安装孔b和安装孔c，分别用于紧固芯体a、芯体b和芯体c的螺栓，并通过螺栓对芯体a、芯体b和芯体c的质量块施加预紧力，优选的，预紧力为5N.m；
陶瓷对的半压电陶瓷a和半压电陶瓷b之间形成缺口，安装后，芯体a的缺口方向与X轴平行，芯体b的缺口与Z轴平行，芯体c的缺口与Y轴平行。
优选的，所述防水线缆包括线缆、AB胶、压帽、连体电缆壳、护套、电缆部O型圈和电缆屏蔽定位，线缆内有多条导线，导线的数量可根据芯体内压电陶瓷的数量决定，如压电陶瓷和半陶瓷对的数量均为一个时，导线数量为9根；
所述连体线缆壳前端孔与线缆外径过盈配合，连体线缆壳外侧加工有螺纹，用于固定护套，连体线缆壳后端加工有阶梯孔，阶梯孔内加工有螺纹；所述压帽与连体线缆壳螺纹连接，对电缆屏蔽定位起固定作用，电缆部O型圈环套在电缆屏蔽定位槽内，与连体电缆壳过盈配合，起一次密封作用，所述护套为热缩套管，将连体电缆壳和线缆进行二次固定；所述电缆屏蔽定位为环状，中间加工有用于安装电缆O型圈的环槽，电缆屏蔽定位穿过线缆套设在连体电缆壳内；AB胶灌封在压帽表面；
优选的，所述连体电缆壳材质为不锈钢，压帽材质为不锈钢，护套材质为PVC。
优选的，所述壳体除去安装芯体的三面上均设置有固定孔，三个固定孔正交分布，用于根据所需轴向在输水管线出口闸门固定传感器；
所述壳体的三个螺纹孔中其中一个螺纹孔安装有接嘴盖，其他两个螺纹孔安装有盖板，盖板与螺纹孔密封固定连接；接嘴盖边缘与螺纹孔密封固定连接，且接嘴盖中部设置一圆凸台，圆凸台内加工有通孔，所述防水线缆的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈焊接；导线通过圆凸台内的通孔进入传感器壳体，用于与芯体连接；
优选的，安装后，芯体a的绝缘片b与安装面a贴合、与安装孔a同轴，芯体b的绝缘片b与安装面b贴合、与安装孔b同轴，芯体c的绝缘片b与安装面c贴合、与安装孔c同轴。
优选的，所述绝缘片a、绝缘片b和隔离绝缘片材质为玻璃或塑料。
优选的，防水型六维振动传感器的安装方法如下：
S1，组装芯体a、芯体b和芯体c，具体的，将螺栓、质量块、绝缘片a、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片、半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、绝缘片b、半电极片c、半压电陶瓷b、半电极片d和电极片b堆叠在一起，保证其中部的多个孔同轴，螺栓从质量块端穿过中心孔；
S2，将组成好的芯体a、芯体b和芯体c分别安装在正六面体中的相邻三面上，具体为：
旋转隔离绝缘片，使得芯体a、芯体b和芯体c的凸台分别与X轴、Z轴、Y轴平行，将芯体a、芯体b和芯体c中，电极片a、半电极片a和半电极片d的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b、半电极片b和半电极片c的接线端与壳体；
将芯体a、芯体b和芯体c分别通过螺栓螺纹安装于安装孔a、安装孔b和安装孔c内并施加预紧力；
S3，安装盖板、接嘴盖和防水线缆，具体的：
将接嘴盖、两个盖板分别焊接在壳体的三个螺纹孔内，防水线缆的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈进行焊接；
S4，按照根据所需轴向在输水管线出口闸门通过固定孔固定传感器。
优选的，所述防水线缆的安装过程为：
连体电缆壳环套于线缆一端，电缆部O型圈安装于电缆屏蔽定位槽内，电缆屏蔽定位的环槽内装入连体电缆壳内，与线缆的屏蔽层卡紧，压帽与连体电缆壳螺纹连接，AB胶灌封于压帽表面，对导线和压帽起固定作用。
一种上述的防水型六维振动传感器的测量方法，对于芯体a、芯体b和芯体c，其压电陶瓷受到压缩或拉伸作用时，在压电陶瓷的上下表面会产生等量异种电荷，其中，芯体a用于测量Y轴轴向加速度a y和X轴周向加速度a Mx，芯体b用于测量X轴轴向加速度a x和Z轴周向加速度a Mz，芯体c用于测量Z轴轴向加速度a z和Y轴周向加速度a My；
当传感器受到X轴轴向加速度时，芯体b的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q1会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Y轴轴向加速度时，芯体a的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q2会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体b和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Z轴轴向加速度时，芯体c的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q3会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体b的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到X轴周向加速度时，芯体a的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q8、Q9，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体b和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Y轴周向加速度时，芯体c的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q6、Q7，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体b的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Z轴周向加速度时，芯体b的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q4、Q5，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
其中，K1为芯体b中压电陶瓷的灵敏度，K2为芯体a中压电陶瓷的灵敏度，K3为芯体c中压电陶瓷的灵敏度，K4为芯体a中两片半压电陶瓷的灵敏度，K5为芯体c中两片半压电陶瓷的灵敏度，K6为芯体b中两片半压电陶瓷的灵敏度。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
1）本发明通过将压电陶瓷分割布置完成周向加速度的测量，上层完整的压电陶瓷测量轴向加速度，下层的压电陶瓷分割为两片半压电陶瓷，当传感器受到轴向或轴向加速度时，传感器能够同时测量X轴、Y轴、Z轴的轴向加速度和周向加速度，实现了六维测量。
2）本发明的壳体呈正六面体，且设置有倒角，其内部正交设置有三个安装面，在三个安装面上分别安装三个芯体，压缩了传感器的空间（安装完毕后如图8、11所示），传感器壳体尺寸仅为20mm，实现传感器小尺寸的集成测量，并可通过并联压电陶瓷的方式增加灵敏度。
3）本发明结构合理、体积较小，安装后壳体和防水线缆具有防水功能，尤其适合安装在输水管线出口闸门。
附图说明
图1为本发明的测试原理示意图；
图2为本发明的防水型六维振动传感器的装配示意图；
图3为本发明中芯体a的外观示意图；
图4为本发明中芯体a的一种结构剖视图；
图5为本发明中防水线缆的结构示意图；
图6为Z轴轴向加速度a z产生的原理图；
图7为Y轴周向加速度a My产生的原理图；
图8为本发明的传感器安装后的外观示意图一；
图9为本发明的隔离绝缘片的结构示意图；
图10为本发明的安装面结构示意图；
图11为本发明的传感器安装后的外观示意图二；
图12为发明中芯体a的另一种结构剖视图。
图中，1-芯体a，2-接嘴盖，3-防水线缆，4-壳体，5-芯体b，6-盖板，7-芯体c，8-凸台，9-螺栓，10-质量块，11-绝缘片a，12-电极片a，13-压电陶瓷，14-隔离绝缘片，15-半电极片a，16-半压电陶瓷a，17-半电极片b，18-绝缘片b，19-半电极片c，20-半压电陶瓷b，21-半电极片d，22-电极片b，23-导线，24-AB胶，25-压帽，26-电缆部O型圈，27-连体电缆壳，28-护套，29-线缆，30-电缆屏蔽定位，31-安装面a，32-安装孔a，33-安装面b，34-安装孔b，35-安装面c，36-安装孔c，37-螺纹孔，38-缺口，39-固定孔，40-圆凸台。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1
一种防水型六维振动传感器，如图1-12所示，包括壳体4和防水线缆3，壳体4为正六面体，正六面体中的相邻三面上分别垂直安装有芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7，芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7的轴线相互垂直，定义芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7的轴线方向分别为Y轴、X轴和Z轴方向；
芯体a用于测量Y轴轴向加速度和X轴周向加速度，芯体b用于测量X轴轴向加速度和Z轴周向加速度，芯体c用于测量Z轴轴向加速度和Y轴周向加速度，芯体a、芯体b和芯体c分别与防水线缆3连接，用于传输信号。
实施例2
一种防水型六维振动传感器，如实施例1所述，不同的是，如图4所示，芯体a、芯体b和芯体c结构相同，以芯体a结构为例进行说明，芯体b、芯体c结构不再赘述，芯体a包括螺栓9、质量块10、绝缘片a 11、电极片a 12、压电陶瓷13、隔离绝缘片14、半电极片a 15、半压电陶瓷a 16、半电极片b 17、绝缘片b 18、半电极片c 19、半压电陶瓷b 20、半电极片d 21和电极片b 22；
质量块10、电极片a 12、压电陶瓷13、隔离绝缘片14和绝缘片b 18均为圆环形，半电极片a 15、半压电陶瓷a 16、半电极片b 17、半电极片c 19、半压电陶瓷b 20和半电极片d21均为半圆环形，质量块10上方开设有方便夹持的槽；
绝缘片b 18位于最下方，隔离绝缘片14放置于绝缘片b 18上表面，隔离绝缘片14下表面沿其径向对称设置有两个凸台8，用于隔离半电极片b 17和半电极片c 19，半压电陶瓷a 16和半压电陶瓷b 20，半电极片a 15和半电极片d 21，半电极片b 17与半电极片c 19组成的电极对、半压电陶瓷a 16和半压电陶瓷b 20组成的陶瓷对，以及半电极片a 15和半电极片d 21组成的电极对依次堆叠于绝缘片b与隔离绝缘片组成的空间内；电极片b 18、压电陶瓷13、绝缘片a 11、质量块10依次堆叠于隔离绝缘片14上表面，除螺栓9外，芯体a的其他结构中部均有孔，多个孔相互堆叠后形成中心孔，螺栓9从质量块端穿过该中心孔，将芯体a安装于壳体4上，进一步的，除螺栓和质量块外，芯体a的其他结构外边缘相互对齐，即尺寸一致；
电极片a 12、电极片b 22的接线端，与半电极片a 15、半电极片b 17、半电极片c19及半电极片d 21的接线端保持90度，电极片a 12、半电极片a 15和半电极片d 21的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b 22、半电极片b 17和半电极片c 19的接线端与壳体连接用于接地。
实施例3
一种防水型六维振动传感器，如实施例2所述，不同的是，如图12所示，压电陶瓷和半陶瓷对的数量均为一个或多个，当压电陶瓷和半陶瓷对数量为多个时，多个压电陶瓷以正极相对、负极相对的方式并联且多个压点陶瓷之间设置有新的电极片；
多个半压电陶瓷a和多个半压电陶瓷b分别以正极相对、负极相对的方式并联，且多个半压电陶瓷a之间、以及多个半压电陶瓷b之间均设置有新的半电极片；
新的电极片、新的半电极片的接线端均为：正极与防水线缆连接，负极与壳体连接。
压电陶瓷和半陶瓷对的数量为多个时，并联连接可通过电荷累计进而增大传感器的灵敏度，可根据所需的灵敏度合理选择压电陶瓷和半陶瓷对的数量。
实施例4
一种防水型六维振动传感器，如实施例3所述，不同的是，正六面体壳体设有倒角，可减小传感器整体质量和体积，方便安装，壳体4安装芯体的三面上分别设置有一螺纹孔37，在螺纹孔37内分别设置有安装面a 31、安装面b 33和安装面c 35，安装面a 31、安装面b33和安装面c 35分别垂直于Y轴、X轴和Z轴，安装面a 31、安装面b 33和安装面c 35上分别设置有带有内螺纹的安装孔a 32、安装孔b 34和安装孔c 36，分别用于紧固芯体a、芯体b和芯体c的螺栓，并通过螺栓对芯体a、芯体b和芯体c的质量块施加预紧力，优选的，预紧力为5N.m；
陶瓷对的半压电陶瓷a和半压电陶瓷b之间形成缺口38，安装后，芯体a的缺口方向与X轴平行，芯体b的缺口与Z轴平行，芯体c的缺口与Y轴平行。
实施例5
一种防水型六维振动传感器，如实施例4所述，不同的是，如图5所示，防水线缆3包括线缆29、AB胶24、压帽25、连体电缆壳27、护套28、电缆部O型圈26和电缆屏蔽定位30，线缆29内有多条导线23，导线的数量可根据芯体内压电陶瓷的数量决定，如压电陶瓷和半陶瓷对的数量均为一个时，导线数量为9根；
连体线缆壳27前端孔与线缆29外径过盈配合，连体线缆壳27外侧加工有螺纹，用于固定护套28，连体线缆壳27后端加工有阶梯孔，阶梯孔内加工有螺纹；压帽25与连体线缆壳27螺纹连接，对电缆屏蔽定位30起固定作用，电缆部O型圈26环套在电缆屏蔽定位槽内，与连体电缆壳27过盈配合，起一次密封作用，护套28为热缩套管，将连体电缆壳27和线缆29进行二次固定；电缆屏蔽定位30为环状，中间加工有用于安装电缆O型圈的环槽，电缆屏蔽定位30穿过线缆套设在连体电缆壳27内；AB胶24灌封在压帽25表面；
连体电缆壳27材质为不锈钢，压帽25材质为不锈钢，护套28材质为PVC。
实施例6
一种防水型六维振动传感器，如实施例5所述，不同的是，壳体除去安装芯体的三面上均设置有固定孔39，三个固定孔39正交分布，用于根据所需轴向在输水管线出口闸门固定传感器；
壳体的三个螺纹孔中其中一个螺纹孔安装有接嘴盖2，其他两个螺纹孔安装有盖板6，盖板6与螺纹孔37密封固定连接；接嘴盖2边缘与螺纹孔37密封固定连接，且接嘴盖中部设置一圆凸台40，圆凸台40内加工有通孔，防水线缆3的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈焊接；导线23通过圆凸台内的通孔进入传感器壳体，用于与芯体连接；
安装后，芯体a 1的绝缘片b与安装面a 31贴合、与安装孔a 32同轴，芯体b 5的绝缘片b与安装面b 33贴合、与安装孔b 34同轴，芯体c 7的绝缘片b与安装面c 35贴合、与安装孔c 36同轴。
绝缘片a 11、绝缘片b 18和隔离绝缘片14材质为玻璃。
实施例7
一种防水型六维振动传感器，如实施例5所述，不同的是，防水型六维振动传感器的安装方法如下：
S1，组装芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7，具体的，将螺栓9、质量块10、绝缘片a 11、电极片a 12、压电陶瓷13、隔离绝缘片14、半电极片a 15、半压电陶瓷a 16、半电极片b 17、绝缘片b 18、半电极片c 19、半压电陶瓷b 20、半电极片d 21和电极片b 22堆叠在一起，保证其中部的多个孔同轴，螺栓9从质量块端穿过中心孔；
S2，将组成好的芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7分别安装在正六面体中的相邻三面上，具体为：
旋转隔离绝缘片14，使得芯体a、芯体b和芯体c的凸台8分别与X轴、Z轴、Y轴平行，将芯体a、芯体b和芯体c中，电极片a、半电极片a和半电极片d的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b、半电极片b和半电极片c的接线端与壳体；
将芯体a、芯体b和芯体c分别通过螺栓螺纹安装于安装孔a、安装孔b和安装孔c内并施加预紧力；
S3，安装盖板6、接嘴盖2和防水线缆3，具体的：
将接嘴盖2、两个盖板6分别焊接在壳体的三个螺纹孔37内，防水线缆3的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈进行焊接；
S4，按照根据所需轴向在输水管线出口闸门通过固定孔39固定传感器。
实施例8
一种防水型六维振动传感器，如实施例7所述，不同的是，防水线缆的安装过程为：
连体电缆壳27环套于线缆29一端，电缆部O型圈26安装于电缆屏蔽定位槽内，电缆屏蔽定位30的环槽内装入连体电缆壳27内，与线缆29的屏蔽层卡紧，压帽25与连体电缆壳27螺纹连接，AB胶24灌封于压帽25表面，对导线23和压帽25起固定作用。
实施例9
一种防水型六维振动传感器的测量方法，对于芯体a 1、芯体b 5和芯体c 7，其压电陶瓷受到压缩或拉伸作用时，在压电陶瓷的上下表面会产生等量异种电荷，其中，芯体a1用于测量Y轴轴向加速度a y和X轴周向加速度a Mx，芯体b 5用于测量X轴轴向加速度a x和Z轴周向加速度a Mz，芯体c 7用于测量Z轴轴向加速度a z和Y轴周向加速度a My；
当传感器受到X轴轴向加速度时，芯体b的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q1会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Y轴轴向加速度时，芯体a的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q2会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体b和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Z轴轴向加速度时，芯体c的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q3会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体b的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到X轴周向加速度时，芯体a的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q8、Q9，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体b和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Y轴周向加速度时，芯体c的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q6、Q7，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体b的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Z轴周向加速度时，芯体b的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q4、Q5，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
其中，K1为芯体b中压电陶瓷的灵敏度，K2为芯体a中压电陶瓷的灵敏度，K3为芯体c中压电陶瓷的灵敏度，K4为芯体a中两片半压电陶瓷的灵敏度，K5为芯体c中两片半压电陶瓷的灵敏度，K6为芯体b中两片半压电陶瓷的灵敏度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种防水型六维振动传感器，其特征在于，包括壳体和防水线缆，所述壳体为正六面体，正六面体中的相邻三面上分别垂直安装有芯体a、芯体b和芯体c，芯体a、芯体b和芯体c的轴线相互垂直，定义芯体a、芯体b和芯体c的轴线方向分别为Y轴、X轴和Z轴方向；
所述芯体a用于测量Y轴轴向加速度和X轴周向加速度，芯体b用于测量X轴轴向加速度和Z轴周向加速度，芯体c用于测量Z轴轴向加速度和Y轴周向加速度，芯体a、芯体b和芯体c分别与防水线缆连接，用于传输信号；
所述芯体a、芯体b和芯体c结构相同，芯体a包括螺栓、质量块、绝缘片a、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片、半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、绝缘片b、半电极片c、半压电陶瓷b、半电极片d和电极片b；
所述质量块、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片和绝缘片b均为圆环形，半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、半电极片c、半压电陶瓷b和半电极片d均为半圆环形；
所述绝缘片b位于最下方，隔离绝缘片放置于绝缘片b上表面，隔离绝缘片下表面沿其径向对称设置有两个凸台，用于隔离半电极片b和半电极片c，半压电陶瓷a和半压电陶瓷b，半电极片a和半电极片d，半电极片b与半电极片c组成的电极对、半压电陶瓷a和半压电陶瓷b组成的陶瓷对，以及半电极片a和半电极片d组成的电极对依次堆叠于绝缘片b与隔离绝缘片组成的空间内；所述电极片b、压电陶瓷、绝缘片a、质量块依次堆叠于隔离绝缘片上表面，除螺栓外，芯体a的其他结构中部均有孔，多个孔相互堆叠后形成中心孔，螺栓从质量块端穿过该中心孔，将芯体a安装于壳体上；
所述电极片a、电极片b的接线端，与半电极片a、半电极片b、半电极片c及半电极片d的接线端保持90度，所述电极片a、半电极片a和半电极片d的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b、半电极片b和半电极片c的接线端与壳体连接用于接地；
所述壳体安装芯体的三面上分别设置有一螺纹孔，在螺纹孔内分别设置有安装面a、安装面b和安装面c，安装面a、安装面b和安装面c分别垂直于Y轴、X轴和Z轴，所述安装面a、安装面b和安装面c上分别设置有带有内螺纹的安装孔a、安装孔b和安装孔c，分别用于紧固芯体a、芯体b和芯体c的螺栓，并通过螺栓对芯体a、芯体b和芯体c的质量块施加预紧力；
陶瓷对的半压电陶瓷a和半压电陶瓷b之间形成缺口，安装后，芯体a的缺口方向与X轴平行，芯体b的缺口与Z轴平行，芯体c的缺口与Y轴平行；
所述防水线缆包括线缆、AB胶、压帽、连体电缆壳、护套、电缆部O型圈和电缆屏蔽定位，线缆内有多条导线；
所述连体电缆壳前端孔与线缆外径过盈配合，连体电缆壳外侧加工有螺纹，用于固定护套，连体电缆壳后端加工有阶梯孔，阶梯孔内加工有螺纹；所述压帽与连体电缆壳螺纹连接，对电缆屏蔽定位起固定作用，电缆部O型圈环套在电缆屏蔽定位槽内，与连体电缆壳过盈配合，起一次密封作用，所述护套为热缩套管，将连体电缆壳和线缆进行二次固定；所述电缆屏蔽定位为环状，中间加工有用于安装电缆O型圈的环槽，电缆屏蔽定位穿过线缆套设在连体电缆壳内；AB胶灌封在压帽表面；
所述连体电缆壳材质为不锈钢，压帽材质为不锈钢，护套材质为PVC；
所述防水型六维振动传感器的测量方法，对于芯体a、芯体b和芯体c，其压电陶瓷受到压缩或拉伸作用时，在压电陶瓷的上下表面会产生等量异种电荷，其中，芯体a用于测量Y轴轴向加速度a y和X轴周向加速度a Mx，芯体b用于测量X轴轴向加速度a x和Z轴周向加速度a Mz，芯体c用于测量Z轴轴向加速度a z和Y轴周向加速度a My；
当传感器受到X轴轴向加速度时，芯体b的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q1会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Y轴轴向加速度时，芯体a的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q2会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体b和芯体c的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到Z轴轴向加速度时，芯体c的质量块挤压压电陶瓷，压电陶瓷上表面产生的电荷Q3会通过电极片a输出到线缆，进而传输到采集系统，下表面产生的电荷会通过电极片b输出至壳体，进而输送至地面，此时芯体a和芯体b的压电陶瓷不受压缩作用不产生电荷；
当传感器受到X轴周向加速度时，芯体a的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q8、Q9，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体b和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Y轴周向加速度时，芯体c的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q6、Q7，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体b的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
当传感器受到Z轴周向加速度时，芯体b的左右两侧半压电陶瓷a和半压电陶瓷b分别受质量块的压缩和拉伸作用，左右两侧半压电陶瓷a、半压电陶瓷b上表面分别产生的电荷Q4、Q5，并分别通过两侧的电极片a、半电极片d输出到线缆，进而输送到采集系统，下表面产生的电荷分别通过半电极片b、半电极片c输出至壳体，进而输送至地面，芯体a和芯体c的半压电陶瓷a、半压电陶瓷b产生的电荷相互抵消；
其中，K1为芯体b中压电陶瓷的灵敏度，K2为芯体a中压电陶瓷的灵敏度，K3为芯体c中压电陶瓷的灵敏度，K4为芯体a中两片半压电陶瓷的灵敏度，K5为芯体c中两片半压电陶瓷的灵敏度，K6为芯体b中两片半压电陶瓷的灵敏度。
2.根据权利要求1所述的防水型六维振动传感器，其特征在于，所述压电陶瓷和半陶瓷对的数量均为一个或多个，当压电陶瓷和半陶瓷对数量为多个时，多个压电陶瓷以正极相对、负极相对的方式并联，且多个压点陶瓷之间设置有新的电极片；
多个半压电陶瓷a和多个半压电陶瓷b分别以正极相对、负极相对的方式并联，且多个半压电陶瓷a之间、以及多个半压电陶瓷b之间均设置有新的半电极片；
新的电极片和新的半电极片的接线端均为：正极与防水线缆连接，负极与壳体连接。
3.根据权利要求1所述的防水型六维振动传感器，其特征在于，所述壳体除去安装芯体的三面上均设置有固定孔，三个固定孔正交分布，用于根据所需轴向在输水管线出口闸门固定传感器；
所述壳体的三个螺纹孔中其中一个螺纹孔安装有接嘴盖，其他两个螺纹孔安装有盖板，盖板与螺纹孔密封固定连接；接嘴盖边缘与螺纹孔密封固定连接，且接嘴盖中部设置一圆凸台，圆凸台内加工有通孔，所述防水线缆的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈焊接；导线通过圆凸台内的通孔进入传感器壳体，用于与芯体连接；
安装后，芯体a的绝缘片b与安装面a贴合、与安装孔a同轴，芯体b的绝缘片b与安装面b贴合、与安装孔b同轴，芯体c的绝缘片b与安装面c贴合、与安装孔c同轴。
4.根据权利要求3所述的防水型六维振动传感器，其特征在于，所述绝缘片a、绝缘片b和隔离绝缘片材质为玻璃或塑料。
5.根据权利要求4所述的防水型六维振动传感器，其特征在于，其安装方法如下：
S1，组装芯体a、芯体b和芯体c，具体的，将螺栓、质量块、绝缘片a、电极片a、压电陶瓷、隔离绝缘片、半电极片a、半压电陶瓷a、半电极片b、绝缘片b、半电极片c、半压电陶瓷b、半电极片d和电极片b堆叠在一起，保证其中部的多个孔同轴，螺栓从质量块端穿过中心孔；
S2，将组成好的芯体a、芯体b和芯体c分别安装在正六面体中的相邻三面上，具体为：
旋转隔离绝缘片，使得芯体a、芯体b和芯体c的凸台分别与X轴、Z轴、Y轴平行，将芯体a、芯体b和芯体c中，电极片a、半电极片a和半电极片d的接线端与防水线缆的导线连接，电极片b、半电极片b和半电极片c的接线端与壳体；
将芯体a、芯体b和芯体c分别通过螺栓螺纹安装于安装孔a、安装孔b和安装孔c内并施加预紧力；
S3，安装盖板、接嘴盖和防水线缆，具体的：
将接嘴盖、两个盖板分别焊接在壳体的三个螺纹孔内，防水线缆的连体电缆壳内端面与接嘴盖的圆凸台贴合，贴合面外圈进行焊接；
S4，按照根据所需轴向在输水管线出口闸门通过固定孔固定传感器。
6.根据权利要求4所述的防水型六维振动传感器，其特征在于，所述防水线缆的安装过程为：
连体电缆壳环套于线缆一端，电缆部O型圈安装于电缆屏蔽定位槽内，电缆屏蔽定位的环槽内装入连体电缆壳内，与线缆的屏蔽层卡紧，压帽与连体电缆壳螺纹连接，AB胶灌封于压帽表面，对导线和压帽起固定作用。
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