CN115144612A - 一种压电式加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压电式加速度传感器，包括底座、罩壳、端盖与压电元件，压电元件设置在罩壳内，罩壳的两端分别与底座、端盖相固定，且端盖上设置有连接器，特点是底座上设置有支撑架，压电元件设置在支撑架上，且支撑架与底座之间设置有压电元件促动器，端盖与罩壳之间设置有电路板，电路板分别与压电元件、压电元件促动器、连接器电连接，优点是通过在压电元件与底座之间设置有压电元件促动器，当传感器处于静止状态时，通过连接器将具有特定频率与幅值的激励信号传递到压电元件促动器使其振动，压电元件检测到压电元件促动器的振动，将压电元件促动器的振动转变为电信号通过连接器传输到控制系统内，使得该传感器可实现静态自检。

Description

一种压电式加速度传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种压电式加速度传感器。

背景技术

压电式加速度传感器是利用其中的压电元件将加速度、振动、冲击等物理现象所产生的压力转变为便于测量的电信号的测量仪器，具有灵敏度高、工作可靠和重量轻等优点，被广泛应用于轨道交通车辆中。但现有的压电式加速度传感器仍存在一些不足之处：当压电式加速度传感器处于静止状态时，无振动激励，此时，需要采用外力激励法来测试该传感器的好坏，即人工采用金属物敲击传感器附近的缸体，对传感器中的压电元件产生激励，使得该压电元件产生电信号，达到检测的目的，但是这种测试手段需要人工的参与且效率也不高，无法实时的对压电式加速度传感器进行检测。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构简单、能实现静态自检的压电式加速度传感器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种压电式加速度传感器，包括底座、罩壳、端盖与压电元件，所述压电元件设置在所述罩壳内，所述罩壳的两端分别与所述底座、所述端盖相固定，且所述端盖上设置有连接器，所述底座上设置有支撑架，所述压电元件设置在所述支撑架上，且所述支撑架与所述底座之间设置有压电元件促动器，所述罩壳内设置有电路板，所述电路板分别与所述压电元件、所述压电元件促动器、所述连接器电连接。

在上述的压电式加速度传感器中，所述支撑架上设置有固定轴，所述压电元件固定在所述固定轴上。

在上述的压电式加速度传感器中，所述固定轴的数量为三根，三根所述固定轴两两相互垂直固定在所述支撑架上，每根所述固定轴上均设置有所述压电元件，三根所述固定轴分别指向X轴方向、Y轴方向与Z轴方向，且三根所述固定轴的指向可相互转换。

在上述的压电式加速度传感器中，所述底座上设置有斜面支架，所述斜面支架的上表面设置有第一斜面，所述支撑架的底部靠近所述斜面支架的一侧设置有第二斜面，所述压电元件促动器设置在所述第一斜面与所述第二斜面之间。

在上述的压电式加速度传感器中，所述第二斜面的法向与三根所述固定轴之间形成的夹角均相等。

在上述的压电式加速度传感器中，所述压电元件促动器为第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷设置在所述第一斜面与所述第二斜面之间。

在上述的压电式加速度传感器中，所述第一压电陶瓷分别与所述第一斜面、所述第二斜面通过胶水粘结固定。

在上述的压电式加速度传感器中，所述压电元件为第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷固定在所述固定轴上。

在上述的压电式加速度传感器中，所述电路板粘接固定在所述罩壳的上端。

在上述的压电式加速度传感器中，所述端盖的边沿设置有搭台，所述罩壳的上端边沿设置有搭边，当所述端盖盖在所述罩壳上后，所述搭台与所述搭边相配合将所述电路板的边沿夹持固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）、一种压电式加速度传感器，通过在压电元件与底座之间设置有压电元件促动器，当传感器处于静止状态时，通过连接器将具有特定频率与幅值的激励信号传递到压电元件促动器使其振动，压电元件检测到压电元件促动器的振动，将压电元件促动器的振动转变为电信号通过连接器传输到控制系统内，使得该传感器可实现静态自检；

（2）、三个压电元件分别设置在支撑架上两两相互垂直的三根固定轴上，可分别对应的对压电元件促动器在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的振动进行检测；

（3）、第二斜面的法向与三根固定轴之间形成的夹角均相等，使得该压电元件促动器产生的振动在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的分量一致，便于该传感器在检测时对X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的信号做一致性对比。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的剖面示意图；

图3是图2中A处的局部放大示意图；

图4是本发明的爆炸示意图。

图中，底座100；罩壳101；端盖102；连接器103；电路板200；搭台201；搭边202；压电元件促动器300；支撑架301；固定轴302；压电元件303；斜面支架304。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1、图2和图4所示，一种压电式加速度传感器，包括底座100、罩壳101、端盖102与压电元件303，压电元件303设置在罩壳101内，罩壳101的两端分别与底座100、端盖102相固定，且端盖102上设置有连接器103，底座100上设置有支撑架301，压电元件303设置在支撑架301上，且支撑架301与底座100之间设置有压电元件促动器300，罩壳101内设置有电路板200，电路板200分别与压电元件303、压电元件促动器300、连接器103电连接。

一种压电式加速度传感器，通过在压电元件303与底座100之间设置有压电元件促动器300，当传感器处于静止状态时，通过连接器103将具有特定频率与幅值的激励信号传递到压电元件促动器300使其振动，压电元件303检测到压电元件促动器300的振动，将压电元件促动器300的振动转变为电信号通过连接器103传输到控制系统内，使得该传感器可实现静态自检。

具体的，罩壳101、端盖102与底座100围成一空腔，压电元件303、压电元件促动器300与电路板200均设置在该空腔内。

作为优选，支撑架301上设置有固定轴302，压电元件303固定在固定轴302上。

进一步优选地，固定轴302的数量为三根，三根固定轴302两两相互垂直固定在支撑架301上，每根固定轴302上均设置有压电元件303，三根固定轴302分别指向X轴方向、Y轴方向与Z轴方向，且三根固定轴302的指向可相互转换。

在本实施例中，三个压电元件303分别设置在支撑架301上两两相互垂直的三根固定轴302上，可分别对应的对压电元件促动器300在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的振动进行检测。

作为优选，底座100上设置有斜面支架304，斜面支架304的上表面设置有第一斜面，支撑架301的底部靠近斜面支架304的一侧设置有第二斜面，压电元件促动器300设置在第一斜面与第二斜面之间。

在本实施例中，压电元件促动器300设置在第一斜面与第二斜面之间，即压电元件促动器300与第一斜面和第二斜面平行设置，那么当对压电元件促动器300施加一定激励信号后，该压电元件促动器300可带动支撑架301在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上产生振动，三个压电元件303分别对应的对X轴方向、Y轴方向与Z轴方向中的其中一个方向的振动进行检测，以实现三轴振动检测功能。

进一步优选地，第二斜面的法向与三根固定轴302之间形成的夹角均相等。

在本实施例中，第二斜面的法向与三根固定轴302之间形成的夹角均相等，使得该压电元件促动器300产生的振动在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的分量一致，便于该传感器在检测时对X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上的信号做一致性对比。

作为优选，压电元件促动器300为第一压电陶瓷，第一压电陶瓷设置在第一斜面与第二斜面之间。

进一步优选地，第一压电陶瓷分别与第一斜面、第二斜面通过胶水粘结固定。

在本实施例中，通过胶水将第一压电陶瓷与第一斜面、第二斜面粘结固定，使得支撑架301、第一压电陶瓷与斜面支架304之间的连接更加紧固。

在本实施例中，当没有对第一压电陶瓷施加激励信号时，第一压电陶瓷可作为绝缘板使用，进一步提升该传感器的绝缘特性，使得该传感器可实现4000V以上的耐压，使用场景更加广泛，适用性更好。

进一步优选地，压电元件303为第二压电陶瓷，第二压电陶瓷固定在固定轴302上。

在本实施例中，利用压电陶瓷的逆压电效应，对第一压电陶瓷施加一定的激励信号，使得第一压电陶瓷可产生一定的振动（或形变）；利用压电陶瓷的正压电效应，第二压电陶瓷可将第一压电陶瓷产生的振动（或形变）转变为电信号传输到控制系统中，通过第一压电陶瓷与第二压电陶瓷相配合，使得该传感器可实现静态自检。

如图2、图3所示，作为优选，电路板200粘接固定在罩壳101的上端。

进一步优选地，端盖102的边沿设置有搭台201，罩壳101的上端边沿设置有搭边202，当端盖102盖在罩壳101上后，搭台201与搭边202相配合将电路板200的边沿夹持固定。

在本实施例中，电路板200通过胶水粘结固定在罩壳101的上端，可以减少干扰，且通过端盖102上的搭台201与罩壳101上的搭边202相配合将电路板200的边沿夹持固定，对电路板200与罩壳101之间的连接做进一步加固。

具体地，在本实施例中，罩壳101与底座100、罩壳101与端盖102之间均采用激光焊接进行密封处理，充分保证该产品的气密性和防水性，同时也可有效防止电磁干扰，可在高湿度的恶劣环境下使用。

在本实施例中，斜面支架304与底座100之间还设置有绝缘板，可进一步提升该传感器的绝缘特性。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种压电式加速度传感器，包括底座、罩壳、端盖与压电元件，所述压电元件设置在所述罩壳内，所述罩壳的两端分别与所述底座、所述端盖相固定，且所述端盖上设置有连接器，其特征在于，所述底座上设置有支撑架，所述压电元件设置在所述支撑架上，且所述支撑架与所述底座之间设置有压电元件促动器，所述罩壳内设置有电路板，所述电路板分别与所述压电元件、所述压电元件促动器、所述连接器电连接。

2.根据权利要求1所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述支撑架上设置有固定轴，所述压电元件固定在所述固定轴上。

3.根据权利要求2所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述固定轴的数量为三根，三根所述固定轴两两相互垂直固定在所述支撑架上，每根所述固定轴上均设置有所述压电元件，三根所述固定轴分别指向X轴方向、Y轴方向与Z轴方向，且三根所述固定轴的指向可相互转换。

4.根据权利要求3所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述底座上设置有斜面支架，所述斜面支架的上表面设置有第一斜面，所述支撑架的底部靠近所述斜面支架的一侧设置有第二斜面，所述压电元件促动器设置在所述第一斜面与所述第二斜面之间。

5.根据权利要求4所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述第二斜面的法向与三根所述固定轴之间形成的夹角均相等。

6.根据权利要求4所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述压电元件促动器为第一压电陶瓷，所述第一压电陶瓷设置在所述第一斜面与所述第二斜面之间。

7.根据权利要求6所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述第一压电陶瓷分别与所述第一斜面、所述第二斜面通过胶水粘结固定。

8.根据权利要求2所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述压电元件为第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷固定在所述固定轴上。

9.根据权利要求1所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述电路板粘接固定在所述罩壳的上端。

10.根据权利要求9所述的压电式加速度传感器，其特征在于，所述端盖的边沿设置有搭台，所述罩壳的上端边沿设置有搭边，当所述端盖盖在所述罩壳上后，所述搭台与所述搭边相配合将所述电路板的边沿夹持固定。

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