CN211478369U - 一种三轴加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三轴加速度传感器，该传感器包括外壳、固定于所述外壳上的连接器和两两相互垂直嵌入所述外壳的3个传感器组件；每个所述传感器组件包括支架、压电元件、质量块和热缩环；所述压电元件套接于所述支架，所述质量块套接于所述压电元件，所述热缩环套接于所述质量块；所述压电元件包括第一半环压电元件和与所述第一半环压电元件对应的第二半环压电元件；所述质量块包括第一半环质量块和与所述第一半环质量块对应的第二半环质量块。本实用新型能够同时监测三个正交轴向的加速度，且可以在高温的环境里运行。

Description

一种三轴加速度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种加速度传感器，特别涉及一种三轴加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。其通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

压电式加速度传感器又称压电加速度计，属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电元件或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加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。

目前，压电加速度传感器在工业中应用广泛(电力、轨道交通、工程机械等)，主要用于监测重要设备的健康状态。由于某些设备运行环境温度很高，并且需要监测三轴正交轴向的加速度。传统的三轴加速度传感器是在金属壳体内装入三只相互垂直的加速度传感器，可以同时测量空间三个方向的振动或冲击加速度，但是很难确保其可以在高温环境下正常工作。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种高温环境下可正常工作的三轴压电式加速度传感器。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种三轴加速度传感器，该传感器包括外壳、固定于所述外壳上的连接器和两两相互垂直嵌入所述外壳的3个传感器组件；

每个所述传感器组件包括支架、压电元件、质量块和热缩环；所述压电元件套接于所述支架，所述质量块套接于所述压电元件，所述热缩环套接于所述质量块；所述压电元件包括第一半环压电元件和与所述第一半环压电元件对应的第二半环压电元件；所述质量块包括第一半环质量块和与所述第一半环质量块对应的第二半环质量块。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器为3个相同的一芯连接器。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述压电元件为压电陶瓷。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述支架包括与所述外壳连接的连接部，和一端与所述连接部固接，另一端伸入所述外壳内的支撑部；所述压电元件套接于所述支撑部。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述外壳上设置3个开口，3个连接部与外壳1连接分别将3个开口密封形成空腔。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接部的周边焊接于所述外壳的开口边沿。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，3个所述开口的所在平面相互垂直设置。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述外壳为正方体结构，3个所述开口分别设置于所述正方体结构的相互垂直的3个面上。

进一步的，所述的三轴加速度传感器，所述连接器焊接于所述外壳。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型提供的三轴加速度传感器设置两两相互垂直的3个传感器组件，能够同时监测三个正交轴向的加速度。

2.本实用新型提供的三轴加速度传感器的压电元件包括第一半环压电元件和第二半环压电元件，使得压电元件整体具有更大的形变量，便于压电元件的装配，便于加工且能够使得压电元件产生形变时减小对传感器组件整体性能的影响。

3.本实用新型提供的三轴加速度传感器的质量块包括第一半环质量块和第二半环质量块，使得质量块整体具有更大的形变量，便于质量块的装配，便于加工且能够使得质量块产生形变时减小对传感器组件整体性能的影响。

4.本实用新型提供的三轴加速度传感器中的压电元件采用压电陶瓷，其能够耐受高温，并且保持较低的灵敏度温漂，可以在高温的环境里运行。

附图说明

图1示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的结构拆分示意图；

图2示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的传感器组件的结构剖视图；

图3示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的传感器组件的拆分示意图；

图4-6示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的各角度组合示意图。

附图标记说明：1-外壳、2-传感器组件、21-支架、211-连接部、212-支撑部、22-压电元件、221-第一半环压电元件、222-第二半环压电元件、23-质量块、231-第一半环质量块、232-第二半环质量块、24-热缩环、25-信号线、3-连接器。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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”、“相连”、“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，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本实用新型实施例的三轴加速度传感器用于检测待测设备的健康情况，且能够采集待测设备在空间三维坐标系下的加速度情况。三轴加速度传感器能够采集待测设备的振动数据，并进一步地将振动数据转换成电信号，然后将该电信号发送到其它设备进行后续分析处理，进而监测待测设备三个正交轴向的加速度。

图1示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的结构拆分示意图。该三轴加速度传感器包括外壳1、连接器和3个传感器组件2。外壳1用于为3个传感器组件2提供安装基础。外壳1能够将3个传感器组件2封装在其内部，从而对3个传感器组件2形成保护。3个传感器组件2两两相互垂直设置，并嵌入外壳1内，分别用于检测X轴、Y轴以及Z轴方向上的加速度。X轴、Y轴以及Z轴两两相互垂直。每个传感器组件2包括一支架21、一压电元件22、一质量块23和一热缩环24。3个传感器组件2通过连接器与外部设备电气连接，从而能够将自身的输出信号发送到外部设备。

图2示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的传感器组件的结构剖视示意图。传感器组件2包括支架21、压电元件22、质量块23和热缩环24。压电元件22具有通孔，且套接于支架21上。压电元件23优选为压电陶瓷，其能够耐受高温，并且可以保持较低的灵敏度温漂。质量块23具有通孔，且套接于压电元件22上。热缩环24具有通孔，且套接于质量块23上。由于压电元件22与支架21及压电元件22与质量块23之间直接接触且过盈配合，不需要设置中间连接层，因此，提高了传感器组件2的整体刚度，改善了传感器组件2的频响特性，也大大减小了在高温环境下使用时应力波动的问题，高温特性好。因此，具有该传感器组件2的三轴加速度传感器具有良好的频响特性及谐振性能，能够保证检测结果的准确性。传感器组件2还包括信号线25，信号线25的一端连接质量块23，另一端连接连接器的一pin针。连接器3与外部设备电气连接，从而能够将传感器组件2的输出信号发送至外部设备。

图3示出本实用新型实施例提供的三轴加速度传感器的传感器组件的拆分示意图。支架21包括支撑部212。3个传感器组件的3个支撑部212两两相互垂直设置。压电元件22为环形结构体，其包括第一半环压电元件221和与第一半环压电元件221对应的第二半环压电元件222，使得压电元件22整体具有更大的形变量，便于压电元件22的装配，便于加工且能够使得压电元件22产生形变时减小对传感器组件整体性能的影响。第一半环压电元件221和第二半环压电元件222组成环形的压电元件，且套接于支撑部212上。质量块23为环形结构体，其包括第一半环质量块231和与第一半环质量块231对应的第二半环质量块232，使得质量块23整体具有更大的形变量，便于质量块23的装配，便于加工且能够使得质量块23产生形变时减小对传感器组件整体性能的影响。第一半环质量块231和第二半环质量块232组成环形的质量块23，且套接于第一半环压电元件221和第二半环压电元件222组成的压电元件22上。热缩环24为环形结构体，且套接于第一半环质量块231和第二半环质量块232组成环形的质量块23上，其是一在加热到一定温度后能够收缩变小并保持热缩后形状的环形零件。

在一实施例中，如图3所示，支架21包括支撑部212和与支撑部212连接的连接部211。支撑部212为圆柱状结构。连接部211为围绕支撑部212设置的盘类结构且位于支撑部212的一端。如图1所示，外壳1内设置有容纳部，用于为3个传感器组件2提供安装基础。外壳1上还设置与容纳部连通的3个开口，用于3个传感器组件2的安装及维护。优选的是，3个开口的所在平面呈相互垂直设置，便于支架21的连接安装，使3个支撑部212呈相互垂直状态。连接部211连接于外壳1，支撑部212的一端与连接部211固接，另一端伸入外壳1内，用于压电元件22、质量块23和热缩环24的安装。3个连接部211与外壳1连接将3个开口密封形成密封的空腔(容纳部)，用于容纳3个传感器组件的其他主要部件(信号线、支撑部、压电元件、质量块和热缩环)。具体的是，连接部211的周边与外壳1的开口边沿通过焊接的方式相连接。3个支撑部212两两相互垂直地延伸至连接部211与外壳1形成的空腔(容纳部)内。

如图2、3所示，压电元件22包括相对的内环面及外环面，即第一半环压电元件221包括相对的第一半环内环面及第一半环外环面，第二半环压电元件222包括相对的第二半环内环面及第二半环外环面。第一半环压电元件221和第二半环压电元件222扣合于支撑部212，使得压电元件22的第一半环内环面和第二半环内环面套接在支撑部212上，且压电元件22位于连接部211的上方并悬空设置。压电元件22的内环面的直径小于支撑部212的直径，即第一半环压电元件221的第一半环内环面和第二半环压电元件222的第二半环内环面的组合直径小于支撑部212的直径。压电元件22与支撑部212之间直接接触且过盈配合。在初始安装状态或加热后，第一半环压电元件221的两端面与第二半环压电元件222的两端面可接触，可不接触。质量块23包括相对的内环面及外环面，即第一半环质量块231包括相对的第一半环内环面及第一半环外环面，第二半环质量块232相对的第二半环内环面及第二半环外环面。第一半环质量块231和第二半环质量块232扣合于压电元件22，使得质量块23的第一半环内环面和第二半环内环面套接在压电元件22的第一半环外环面和第二半环外环面上，且质量块23位于连接部211的上方并悬空设置。质量块23的内环面的直径小于压电元件22的外环面的直径，即第一半环质量块231的第一半环内环面和第二半环质量块232的第二半环内环面的组合直径小于压电元件22的外环面的直径。压电元件22与质量块23之间直接接触且过盈配合。在初始安装状态或加热后，第一半环质量块231的两端面与第二半环质量块232的两端面可接触，可不接触。热缩环24包括相对的内环面及外环面，热缩环24的内环面套接在质量块23的第一半环外环面和第二半环外环面上，且热缩环24位于连接部211的上方并悬空设置。优选但不局限于，压电元件22的宽度与质量块23的宽度相当，热缩环24的宽度小于压电元件22和质量块23。热缩环24具有热缩性，通过设置热缩环24，能够给压电元件22和质量块23施加一定的预紧力，便于支撑部212、压电元件22及质量块23的装配结合，并能够提高支撑部212、压电元件22及质量块23之间的连接强度，提升传感器组件2的整体刚度，继而保证三轴加速度传感器的频响特性。当支架21、压电元件22、质量块23、热缩环24组装一起后，通过加热，在热缩环24缩小的时候，将质量块23和压电元件22抱紧于支撑部212，以使压电元件22与质量块23以及压电元件22与支撑部212形成过盈配合。

可以理解的是，压电元件22并不限于由两个截面形状规整成半圆的第一半环压电元件221和第二半环压电元件222组成，即第一半环压电元件221和第二半环压电元件222为相同形状。在其他可选的实施例中，压电元件22也可由一稍大的扇形环和一稍小的扇形环组成。或组成压电元件22的两扇形环的相对端面不限于沿着压电元件22的轴线方向延伸，也可以与压电元件22的轴线相交，只要保证两扇形环可组成环形的压电元件即可。质量块23的结构同上。压电元件22在另一些实施例中，还可以采用压电单晶体，如石英晶体。压电元件22、质量块23并不仅限为圆环形结构体，在一些可选的实施例中，还可以采用多边形环结构体，相应的，支撑部212可以为多边形柱状结构，只要能够满足传感器组件2的使用要求均可。热缩环24的结构也并不仅限为圆环形结构体，相应于质量块23的结构，也可以对应采用多边形环结构体。

在一实施例中，连接器设置于外壳1外，其优选为但不局限于3个相同的一芯连接器3，也可以采用1个三芯连接器。3个相同的一芯连接器3分别固定于外壳1上，其pin针分别伸入外壳1内。信号线25的一端连接质量块23，另一端连接一一芯连接器3的pin针。具体的是，在本实施例中，3个相同的一芯连接器3采用焊接的方式连接于外壳1外。

在一实施例中，图4-6示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的各角度组合示意图。外壳1优选为但不局限于正方体结构，也可为长方体或其他不规则形状。3个开口分别设置于外壳1的正方体结构的相互垂直的3个面上，便于3个传感器组件2呈相互垂直设置。开口优选为但不局限于圆形，连接部211形状与开口相对应。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三轴加速度传感器，其特征在于，该传感器包括外壳(1)、固定于所述外壳(1)上的连接器和两两相互垂直嵌入所述外壳(1)的3个传感器组件(2)；

每个所述传感器组件(2)包括支架(21)、压电元件(22)、质量块(23)和热缩环(24)；所述压电元件(22)套接于所述支架(21)，所述质量块(23)套接于所述压电元件(22)，所述热缩环(24)套接于所述质量块(23)；所述压电元件(22)包括第一半环压电元件(221)和与所述第一半环压电元件(221)对应的第二半环压电元件(222)；所述质量块(23)包括第一半环质量块(231)和与所述第一半环质量块(231)对应的第二半环质量块(232)。

2.根据权利要求1所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述连接器为3个相同的一芯连接器(3)。

3.根据权利要求2所述的三轴加速度传感器，其特征在于，每个所述传感器组件(2)还包括信号线(25)，所述信号线(25)的一端连接所述质量块(23)，另一端连接一所述一芯连接器(3)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述压电元件(22)为压电陶瓷。

5.根据权利要求1至3任一项所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述支架(21)包括与所述外壳(1)连接的连接部(211)，和一端与所述连接部(211)固接，另一端伸入所述外壳(1)内的支撑部(212)；所述压电元件(22)套接于所述支撑部(212)。

6.根据权利要求5所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述外壳(1)上设置3个开口，3个连接部(211)与外壳(1)连接分别将3个开口密封形成空腔。

7.根据权利要求6所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述连接部(211)的周边焊接于所述外壳(1)的开口边沿。

8.根据权利要求6所述的三轴加速度传感器，其特征在于，3个所述开口的所在平面相互垂直设置。

9.根据权利要求6所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述外壳(1)为正方体结构，3个所述开口分别设置于所述正方体结构的相互垂直的3个面上。

10.根据权利要求1至3任一项所述的三轴加速度传感器，其特征在于，所述连接器焊接于所述外壳(1)。

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