CN201322756Y - 一种压电环-金属壳结构加速度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于传感器和换能器技术领域，具体涉及到一种新型结构的加速度计，其敏感单元由一个压电环、两个平顶金属帽(壳)和一个质量块构成。本实用新型采用压电环－金属壳结构制作的压电加速度计，具有灵敏度高、质量轻、节省压电材料、适合低频应用的特点，可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动测量。
Description
【技术领域】
本实用新型属于传感器和换能器技术领域，具体涉及到一种压电加速度计。
【背景技术】
传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平的高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一，加速度计作为一种传感器被广泛地应用于航空航天、汽车工业、自动化控制、机器人、生物医学以及军事领域。
加速度计按传感的敏感材料来分可以分为压电式、电容式、动圈式、压阻式、隧道式、扭摆式、力平衡式、谐振式、光纤、温度效应等加速度计；按感应的方向可以分为单轴加速度计和多轴加速度计。
尽管加速度计的种类很多，但是压电加速度计目前依然占主要地位。压电加速计的基本原理是牛顿力学，主要是利用了压电材料的压电效应，它的特点是：高Q值、低阻尼、高的输出阻抗、温度范围广。所谓压电效应是指某些晶体在受到外力作用而发生形变时，在它的某些表面上会出现电荷。压电加速度计的敏感单元是在基座上通过弹性元件连接质量块，弹性元件由压电材料构成或在其上附有压电材料，当外界的加速度作用在基座上时，质量块会受到惯性力的作用，并产生相应的振动，弹性元件在质量块的作用下会发生形变，同时也会使压电材料发生形变，压电材料因为压电效应而产生电压。压电陶瓷是目前主要的压电材料，但是脆性很大，PVDF(聚偏二氟乙烯，PolyvinylideneFluoride)是一种具有较强压电性的新型的压电材料，并且容易弯曲，是制作传感器的良好材料。
常用的压电式加速度计的结构大体有以下三种类型：压缩式、剪切式和弯曲式。压缩式加速度计是目前比较常见的一种，其中正压式单轴压电加速度计的敏感单元结构如图1所示，包括基座13、质量块11和连接它们的压电片12，该类加速度计结构简单，装配简单，但灵敏度低。
【实用新型内容】
为了克服压电式加速度计灵敏度低的缺点，提供一种灵敏度高的压电加速度计。
本实用新型的技术方案如下：
一种压电加速度计，包括敏感单元、电极引线、前置放大电路、外壳底座、外壳和输出电缆，其中敏感单元由一个压电环、两个金属壳和一个质量块组成。两个金属壳的外侧边缘与中间夹心的压电环紧紧粘连在一起，两个金属壳可以是不对称的。其中一个金属壳固定在外壳底座上，另一个金属壳与质量块固定。
上述金属壳可以采用黄铜、不锈钢、铝合金等材料制成，上述金属壳可以是平顶锥形或平顶半球形。压电环可为压电陶瓷材料(例如PZT)、压电材料-环氧树脂的复合材料(0-3型，1-3型，1-3-2型或2-2型)或者弛豫铁电单晶材料(例如PMN-PT，PZN-PT)。质量块为钨材料。
在振动测量时，外壳固定在被测对象上，振动加速度通过外壳底座无损地传递到敏感单元的下金属壳上，由于与上金属壳粘连的质量块的惯性作用，在上下金属壳之间的压电材料环上形成压力和弯矩，引起压电环的形变，从而在压电环的上下电极之间产生响应电压。
本实用新型的优点与技术效果：采用金属壳和压电环的压电-金属复合材料代替传统正压型压电加速度计的压电片，在体积增加不大的情况下，大幅度提高了加速度计的灵敏度；在压电-金属复合材料中采用压电环代替压电片，在尺寸相同的情况下，降低了一阶固有频率，适合低频使用；进一步提高了灵敏度，与金属壳和压电片组成的压电-金属复合材料相比，灵敏度提高5倍以上；同时减轻了重量，节省了压电材料。总之，本实用新型采用压电环-金属壳结构制作的压电加速度计，具有灵敏度高、质量轻、节省压电材料、适合低频应用的特点，可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动测量。
【附图说明】
图1是正压式单轴压电加速度计原理示意图。
图2是本实用新型压电加速度计的中心剖面正视图。
【具体实施方式】
下面结合附图，通过实施例进一步详细说明本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型的范围。
如图2所示，该加速度计的敏感单元由压电环61、两片金属壳62和质量块63构成。金属壳62与压电环61用环氧树脂夹心粘接，其中一个金属壳62的顶部用环氧树脂与圆柱形金属质量块63同轴对称粘接。
另外一个金属壳62用环氧树脂紧紧固定在金属外壳66的底座65上，从金属外壳66的边缘用焊锡焊接引出电极引线67，连接电极引线67至前置放大电路64的输入端，前置放大电路64的输出端和输出电缆68相连，将金属外壳66与安装底座69固定。
Claims (7)
1、一种压电加速度计，包括敏感单元、电极引线、前置放大电路、外壳底座、外壳和输出电缆，其特征在于：所述敏感单元是由压电环、两个金属壳和一个质量块构成，所述两个金属壳相对设置，并与压电环夹心扣合，所述质量块与其中一个金属壳粘接。
2、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：所述两个金属壳是平顶锥形或平顶半球形。
3、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：所述两个金属壳是不对称的。
4、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：所述压电环是压电陶瓷材料。
5、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：所述压电环是弛豫铁电单晶材料。
6、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：所述压电环是压电材料-环氧树脂的复合材料。
7、如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于：质量块为钨材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2008202139822U CN201322756Y (zh) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 一种压电环-金属壳结构加速度计 |
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| CNU2008202139822U CN201322756Y (zh) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | 一种压电环-金属壳结构加速度计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201322756Y true CN201322756Y (zh) | 2009-10-07 |
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ID=41160135
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201322756Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9846075B2 (en) | 2011-01-30 | 2017-12-19 | Aquarius Spectrum Ltd. | Method and system for leak detection in a pipe network |
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2008
- 2008-11-28 CN CNU2008202139822U patent/CN201322756Y/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9846075B2 (en) | 2011-01-30 | 2017-12-19 | Aquarius Spectrum Ltd. | Method and system for leak detection in a pipe network |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CX01 | Expiry of patent term |