CN209606461U - 压电加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种压电加速度传感器。该传感器包括：具有容纳腔的壳体、设置于容纳腔的电荷输出元件以及设置于壳体的侧面且与所述电荷输出元件电连接的连接器；其中，电荷输出元件包括：支撑件、压电陶瓷堆叠层、质量块和锁紧件，压电陶瓷堆叠层套设于支撑件的连接部，且抵靠支撑件的支撑部，压电陶瓷堆叠层包括套设于连接部的压电陶瓷片和电极片；质量块套设于连接部，位于电陶瓷堆叠层的背离支撑部的一侧；锁紧件，套设于连接部，位于质量块的背离支撑部的一侧，锁紧件用于在轴向提供锁紧力以锁定质量块、压电陶瓷堆叠层与支撑部。本实用新型的压电加速度传感器，通过锁紧件锁定质量块、压电陶瓷堆叠层与支撑部，提高整体的刚度，频响特性好。

Description

压电加速度传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种压电加速度传感器。

背景技术

压电加速度传感器又称压电加速度计，是一种惯性式传感器。压电加速度传感器的原理是利用压电元件的压电效应，在加速度计受振时，质量块在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

由于振动，压电元件各结构会产生变形，从而使传感器整体刚度降低，并且，当压电加速度传感器处于高温条件下工作时，由于各材料之间膨胀系数不同，应力值波动较大，影响压电元件的特性，进而影响其测量精度。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种压电加速度传感器，能够提高压电元件整体的刚度，减小温度对各材料造成的应力波动，进而保证测量精度。

本实用新型第一实施例提供一种压电加速度传感器，包括：具有容纳腔的壳体、设置于容纳腔的电荷输出元件以及设置于壳体的侧面且与电荷输出元件电连接的连接器；其中，电荷输出元件包括：支撑件，包括支撑部和设置在支撑部上的连接部；压电陶瓷堆叠层，套设于连接部，且抵靠支撑部，压电陶瓷堆叠层包括压电陶瓷片和电极片，压电陶瓷片与电极片均具有通孔、且套设于连接部，压电陶瓷片的沿连接部的轴向的两侧具有电极片；质量块，沿轴向设置有通孔，套设于连接部，位于压电陶瓷堆叠层的背离支撑部的一侧；锁紧件，沿轴向设置有通孔，套设于连接部，位于质量块的背离支撑部的一侧，锁紧件用于在轴向提供锁紧力以锁定质量块、压电陶瓷堆叠层与支撑部。

根据本实用新型的一个方面，质量块的背离支撑部的一侧设置有凹陷部，锁紧件部分位于凹陷部内。

根据本实用新型的一个方面，连接部具有外螺纹，锁紧件具有与外螺纹匹配的内螺纹，锁紧件包括沿轴向连接的第一锁定部和第二锁定部，第一锁定部至少部分位于凹陷部内，且与凹陷部的底面贴合，第二锁定部位于第一锁定部的背离凹陷部的一侧，第二锁定部具有沿连接部的周侧相对设置的两个平板部，两个平板部至少部分凸出凹陷部。

根据本实用新型的一个方面，压电陶瓷片为PZT压电陶瓷片，压电陶瓷堆叠层包括两个以上的PZT压电陶瓷片，相邻的PZT压电陶瓷片之间具有一层电极片，相邻的PZT压电陶瓷片的相邻的端面的极性相同。

根据本实用新型的一个方面，电荷输出元件还包括两层绝缘层，两层绝缘层均为环状结构体且均套设于连接部，两层绝缘层分别位于压电陶瓷堆叠层的轴向的两侧。

根据本实用新型的一个方面，进一步包括顶盖，容纳腔沿轴向的两端开口，顶盖设置于远离支撑部的开口的位置，用于对容纳腔进行密封，顶盖的朝向容纳腔的表面以及壳体的内表面均设置有吸水膜。

根据本实用新型的一个方面，支撑部包括沿轴向连接的第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部与第二支撑部均为圆盘状，第二支撑部的半径小于第一支撑部的半径，连接部设置于第二支撑部的背离第一支撑部的一侧，压电陶瓷堆叠层抵靠第二支撑部的背离第一支撑部的表面，第一支撑部、第二支撑部与连接部同轴设置。

根据本实用新型的一个方面，壳体的内部设置有搭接部，第一支撑部的靠近第二支撑部的表面搭接于搭接部。

根据本实用新型的一个方面，第一支撑部的背离第二支撑部的表面与壳体的背离顶盖的底面齐平，底面与第一支撑部背离第二支撑部的表面在二者的连接处具有凹槽，在凹槽位置焊接形成一体结构。

根据本实用新型的一个方面，壳体的沿容纳腔的周侧设置有三个安装孔，三个安装孔沿平行于轴向延伸。

在本实用新型实施例中，电荷输出元件和质量块套设于连接部，且电荷输出元件抵靠支撑部，通过刚性好的机械结构的锁紧件套设于连接部，实现压电加速度传感器的质量块、压电陶瓷堆叠层与支撑部的紧固锁紧，提高了该压电加速度传感器整体的刚度，并且在高温环境下使用时也减小了应力波动的问题，进而可以提高该压电加速度传感器的测量精度。此外，该压电加速度传感器结构简单，适于批量生产，且安装结构简单便于压电加速度传感器后期的拆卸与维修。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例的一种压电加速度传感器的俯视图；

图2是图1的A-A截面图；

图3是图2的B部放大示意图；

图4是本实用新型实施例的质量块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的锁紧件的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型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，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型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实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。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，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。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，并不是对本实用新型的实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

为了更好的理解本实用新型，下面结合图1至图5对本实用新型的压电加速度传感器进行详细描述。

请一并参阅图1至图3，图1是本实用新型实施例的一种压电加速度传感器的俯视图；图2是图1的A-A截面图；图3是图2的B部放大示意图。该压电加速度传感器包括壳体1、电荷输出元件2和连接器3。

壳体1具有容纳腔，电荷输出元件2设置于容纳腔内，连接器3设置于壳体1的侧面，并与电荷输出元件2电连接。壳体1用于为电荷输出元件2和连接器3提供安装基础，并对设置于其容纳腔内的电荷输出元件2形成保护。电荷输出元件2通过连接器3与外部设备电气连接，从而能够将电荷输出元件2的输出信号发送到外部设备。电荷输出元件2包括支撑件21、压电陶瓷堆叠层22、质量块23和锁紧件24，支撑件21包括支撑部和设置在支撑部上的连接部212。压电陶瓷堆叠层22套设于连接部212，且抵靠支撑部。压电陶瓷堆叠层22包括压电陶瓷片221和电极片222，压电陶瓷片221与电极片222均具有通孔、且套设于连接部212，电极片222设置在压电陶瓷片221的轴向的两侧，可以理解的是，位于轴向的最外侧的两个电极片222可以通过高温引线连接至连接器3，便于压电陶瓷堆叠层22的信号的输出。质量块23沿轴向设置有通孔，套设于连接部212，且位于压电陶瓷堆叠层22的背离支撑部的一侧。锁紧件24沿轴向设置有通孔，套设于连接部212，且位于质量块23的背离支撑部的一侧，该锁紧件24用于在轴向提供锁紧力，以锁定质量块23、压电陶瓷堆叠层22和支撑部，可以提高电荷输出元件2整体的刚度。

在本实用新型实施例中，电荷输出元件2和质量块23套设于连接部212，且电荷输出元件2抵靠支撑部，通过刚性好的机械结构的锁紧件24套设于连接部212，实现压电加速度传感器的质量块23、压电陶瓷堆叠层22与支撑部的紧固锁紧，提高了该压电加速度传感器整体的刚度，并且在高温环境下使用时也减小了应力波动的问题，进而可以提高该压电加速度传感器的测量精度。此外，该压电加速度传感器结构简单，适于批量生产，且安装结构简单便于压电加速度传感器后期的拆卸与维修。

具体的，壳体1可以为不锈钢壳体1，支撑件21可以为不锈钢支撑件，锁紧件24为不锈钢锁紧件，上述几个结构均采用不锈钢材质，性价比高，可以缩短加工周期，提高生产效率。电极片222可以为镍基合金电极片，镍基合金在高温下具有较好的强度和导电性能。

在一些可选的实施例中，请参阅图4和图5所示，在质量块23的背离支撑部的一侧设置有凹陷部231，锁紧件24可以部分位于该凹陷部231内，这样，在轴向上可以减小整个传感器的尺寸，并且，锁紧件24一部分凸出凹陷部231，便于锁紧件24的安装固定。

具体的，连接部212具有外螺纹，锁紧件24具有与连接部212的外螺纹匹配的内螺纹。锁紧件24包括沿轴向连接的第一锁定部241和第二锁定部242，其中，第一锁定部241至少部分位于凹陷部231内，且与凹陷部231的底面贴合，以进行有效地锁紧。第二锁定部242具有沿连接部212的周侧相对设置的两个平板部2421，两个平板部2421至少部分凸出凹陷部231，通过两个平板部2421的设置，便于操作该锁紧件24，以使其与连接部212配合实现质量块23、压电陶瓷堆叠层22与支撑部的紧固锁紧。同时，该结构拆卸简单，便于压电加速度传感器后期的拆卸与维修。

在一些可选的实施例中，压电陶瓷片221为锆钛酸铅压电陶瓷片(PZT压电陶瓷片)，PZT压电陶瓷片的压电系数随温度升高变化较小，使压电加速度传感器的温漂较小。

压电陶瓷堆叠层22包括两个以上的PZT压电陶瓷片，相邻的PZT压电陶瓷片之间具有一层电极片222，相邻的PZT压电陶瓷片的相邻的两个端面的极性相同，再通过相邻的PZT压电陶瓷片之间的电极片222可以实现压电陶瓷堆叠层22的各PZT压电陶瓷片的并联，例如，可以将奇数层的和偶数层的电极片分别电连接，实现各PZT压电陶瓷片的并联，并联后的PZT压电陶瓷片的压电信号通过电极片222和高温引线连接至连接器3，通过连接器3与外接设备电连接。

在另一些可选的实施例中，电荷输出元件2还包括两层绝缘层25，两层绝缘层25均为环状结构体，且均套设于连接部212，分别位于压电陶瓷堆叠层22的轴向的两侧，也即位于轴向最外侧的两个电极片222的外侧，两层绝缘层25可以对压电陶瓷片221和电极片222进行绝缘保护，避免电荷发生移动，提高该压电加速度传感器测量的精确度。优选的，压电陶瓷片221、电极片222与绝缘层25相互平行堆叠，并且三者位于同一轴线上，可以提高三者堆叠的稳定性，进而提高电荷输出元件2的刚度。

在一些可选的实施例中，压电加速度传感器还包括顶盖4。壳体1的容纳腔沿轴向的两端开口，顶盖4设置于远离支撑部的一端的开口位置，顶盖4用于对容纳腔的一端开口进行密封。并且，顶盖4的朝向容纳腔的表面以及壳体1的内表面均设置有吸水膜，以防止水汽对容纳腔内的电荷输出元件2以及线路造成影响，从而影响压电加速度传感器的灵敏度。优选的，该吸水膜可以为氮化碳吸水膜。

支撑部包括沿轴向连接的第一支撑部2111和第二支撑部2112，该第一支撑部2111与第二支撑部2112均为圆盘状，第二支撑部2112的半径小于第一支撑部2111的半径。连接部212设置于第二支撑部2112的背离第一支撑部2111的一侧，压电陶瓷堆叠层22抵靠第二支撑部2112的背离第一支撑部2111的表面，为了保证第二支撑部2112可以对位于其上的绝缘层25、压电陶瓷片221和电极片222提高有效的支撑，第二支撑部2112的直径应大于或等于绝缘层25、压电陶瓷片221和电极片222的半径。在壳体1的内部设置有搭接部，第一支撑部2111的靠近第一支撑部2111的表面搭接再壳体1内的搭接部。在压电加速度传感器的装配过程中，电荷输出元件2装入壳体1的容纳腔内，第一支撑部2111搭接在该搭接部上，搭接后，便于进行二者的焊接。上述第一支撑部2111、第二支撑部2112与连接部212同轴设置，以保证整体的稳定性，进一步的，第一支撑部2111、第二支撑部2112和连接部212为一体成型。

进一步的，第一支撑部2111的背离第二支撑部2112的表面与壳体1的背离顶盖4的底面齐平，壳体1的底面与第一支撑部2111的背离第一支撑部2111的表面在二者连接处具有凹槽11，在凹槽11处进行焊接，使二者形成一体结构，避免由于焊接造成底面不平整的问题。

在一些可选的实施例中，壳体1的沿容纳腔的周侧设置有三个安装孔12，三个安装孔12均沿平行于轴向延伸。安装孔12的设置，便于将该压电加速度传感器固定在被测装置上。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (10)

1.一种压电加速度传感器，其特征在于，包括：

具有容纳腔的壳体、设置于所述容纳腔的电荷输出元件以及设置于所述壳体的侧面且与所述电荷输出元件电连接的连接器；

其中，所述电荷输出元件包括：

支撑件，包括支撑部和设置在所述支撑部上的连接部；

压电陶瓷堆叠层，套设于所述连接部，且抵靠所述支撑部，所述压电陶瓷堆叠层包括压电陶瓷片和电极片，所述压电陶瓷片与所述电极片均具有通孔、且套设于所述连接部，所述压电陶瓷片的沿所述连接部的轴向的两侧具有所述电极片；

质量块，沿所述轴向设置有通孔，套设于所述连接部，位于所述压电陶瓷堆叠层的背离所述支撑部的一侧；

锁紧件，沿所述轴向设置有通孔，套设于所述连接部，位于所述质量块的背离所述支撑部的一侧，所述锁紧件用于在所述轴向提供锁紧力以锁定所述质量块、所述压电陶瓷堆叠层与所述支撑部。

2.根据权利要求1所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述质量块的背离所述支撑部的一侧设置有凹陷部，所述锁紧件部分位于所述凹陷部内。

3.根据权利要求2所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述连接部具有外螺纹，所述锁紧件具有与所述外螺纹匹配的内螺纹，所述锁紧件包括沿所述轴向连接的第一锁定部和第二锁定部，所述第一锁定部至少部分位于所述凹陷部内，且与所述凹陷部的底面贴合，所述第二锁定部位于所述第一锁定部的背离所述凹陷部的一侧，所述第二锁定部具有沿所述连接部的周侧相对设置的两个平板部，两个所述平板部至少部分凸出所述凹陷部。

4.根据权利要求1所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片为PZT压电陶瓷片，所述压电陶瓷堆叠层包括两个以上的所述PZT压电陶瓷片，相邻的所述PZT压电陶瓷片之间具有一层所述电极片，相邻的所述PZT压电陶瓷片的相邻的端面的极性相同。

5.根据权利要求1所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述电荷输出元件还包括两层绝缘层，两层所述绝缘层均为环状结构体且均套设于所述连接部，两层所述绝缘层分别位于所述压电陶瓷堆叠层的所述轴向的两侧。

6.根据权利要求1所述的压电加速度传感器，其特征在于，进一步包括顶盖，所述容纳腔沿所述轴向的两端开口，所述顶盖设置于远离所述支撑部的所述开口的位置，用于对所述容纳腔进行密封，所述顶盖的朝向所述容纳腔的表面以及所述壳体的内表面均设置有吸水膜。

7.根据权利要求6所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述支撑部包括沿所述轴向连接的第一支撑部和第二支撑部，所述第一支撑部与所述第二支撑部均为圆盘状，所述第二支撑部的半径小于所述第一支撑部的半径，所述连接部设置于所述第二支撑部的背离所述第一支撑部的一侧，所述压电陶瓷堆叠层抵靠所述第二支撑部的背离所述第一支撑部的表面，所述第一支撑部、第二支撑部与所述连接部同轴设置。

8.根据权利要求7所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述壳体的内部设置有搭接部，所述第一支撑部的靠近所述第二支撑部的表面搭接于所述搭接部。

9.根据权利要求8所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述第一支撑部的背离所述第二支撑部的表面与所述壳体的背离所述顶盖的底面齐平，所述底面与所述第一支撑部背离所述第二支撑部的表面在二者的连接处具有凹槽，在所述凹槽位置焊接形成一体结构。

10.根据权利要求1所述的压电加速度传感器，其特征在于，所述壳体的沿所述容纳腔的周侧设置有三个安装孔，三个所述安装孔沿平行于所述轴向延伸。