CN211603246U - 一种三轴加速度传感器 - Google Patents
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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，为内部具有空腔的一体成型结构；3个单轴压电加速度模块，两两相互垂直地嵌入所述外壳内；和连接器，设置于所述外壳上，且与所述单轴压电加速度模块连接。本实用新型能够同时监测三个正交轴向的加速度，可以在高温的环境里运行，且能够防止外界电磁信号干扰，提高测量精度和稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，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，因此，要求传感器具有很高的振动检测。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，且大多没有对信号调理电路板做屏蔽保护，传感器的抗噪声、抗干扰能力较差。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种可同时监测三个正交轴向的加速度，且具有较强的抗干扰能力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，为内部具有空腔的一体成型结构；
3个单轴压电加速度模块，两两相互垂直地嵌入所述外壳内；和
连接器，设置于所述外壳上，且与所述单轴压电加速度模块连接。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述单轴压电加速度模块包括：
支架，包括连接部和与所述连接部垂直连接的支撑部；
压电陶瓷，套设于所述支撑部；
质量块，套设于所述压电陶瓷；
信号调理电路板，连接于所述质量块；和
屏蔽罩，罩设并连接于所述连接部，与所述连接部形成一容纳腔，所述支撑部、所述压电陶瓷、所述质量块和所述信号调理电路板置于所述容纳腔内。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述单轴压电加速度模块还包括：
上盖，通过绝缘片与所述连接部固接；
所述上盖连接于所述外壳。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述外壳上具有3个与所述上盖对应的开口，3个所述开口的所在平面两两相互垂直；所述上盖的周边焊接于所述开口的边沿。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述绝缘片与所述上盖和所述连接部分别通过胶粘方式连接固定。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述单轴压电加速度模块还包括：
信号线，其一端连接于所述信号调理电路板，另一端连接于所述连接器。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述连接器为四芯连接器。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述连接器焊接于所述外壳。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述压电陶瓷与所述支撑部和所述质量块分别通过胶粘方式连接固定。
进一步的，所述的一种三轴加速度传感器，所述信号调理电路板的下端面通过胶粘方式固定于所述质量块的上端面。
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个单轴压电加速度模块，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中的单轴压电加速度模块采用压电陶瓷，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。
3.本实用新型提供的三轴加速度传感器中的单轴压电加速度模块还设置有屏蔽罩，对单轴压电加速度模块中的调理电路板进行屏蔽保护，能够防止外界电磁信号干扰，提高单轴压电加速度模块的测量精度和稳定性。
附图说明
图1示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的拆分结构示意图；
图2示出本实用新型提供的实施例1的三轴加速度传感器的单轴压电加速度模块的结构示意图；
图3示出本实用新型提供的实施例2的三轴加速度传感器的单轴压电加速度模块的结构示意图。
附图标记说明：1-外壳、11-空腔、12-开口、2-单轴压电加速度模块、21-支架、211-连接部、212-支撑部、22-质量块、23-压电陶瓷、24-信号调理电路板、25-屏蔽罩、26-绝缘片、27-上盖、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示出本实用新型提供的三轴加速度传感器的拆分结构示意图。该传感器包括外壳1、3个单轴压电加速度模块2和连接器3。外壳1为内部具有空腔11的一体成型结构，其用于为3个单轴压电加速度模块2提供安装空间。外壳1能够将3个单轴压电加速度模块2封装在其内部，从而对3个单轴压电加速度模块2形成保护。3个单轴压电加速度模块2两两相互垂直地嵌入外壳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。连接器3设置于外壳1上，且分别连接于3个单轴压电加速度模块2。3个单轴压电加速度模块2通过连接器3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示出本实用新型提供的实施例1的三轴加速度传感器的单轴压电加速度模块的结构示意图。3个单轴压电加速度模块2的形状、结构相同。每个单轴压电加速度模块2包括支架21、压电陶瓷22、质量块23、信号调理电路板24和屏蔽罩25。支架21包括连接部211和与连接部211垂直连接的支撑部212。具体的是，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。压电陶瓷22具有通孔，其套设于支撑部212上。压电陶瓷22能够耐受高温，并且可以保持较低的灵敏度温漂。优选的是，支撑部212的外壁与压电陶瓷22的内壁通过胶粘方式连接固定在一起。质量块23具有通孔，其套设于压电陶瓷22上。优选的是，压电陶瓷22的外壁与质量块23的内壁通过胶粘方式连接固定在一起。由于压电陶瓷22与支撑部212及压电陶瓷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，提高了单轴压电加速度模块2的整体刚度，改善了单轴压电加速度模块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，具有该单轴压电加速度模块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。信号调理电路板24连接于质量块23，具体的是，调理电路板24固定在质量块23上。优选的是，调理电路板24的下端面与质量块23的上端面通过胶粘方式连接固定在一起。屏蔽罩25罩设并连接于连接部211，与连接部211形成一容纳腔，即该容纳腔中容纳了支撑部212、压电陶瓷22、质量块23和信号调理电路板24，以避免外界对压电陶瓷22、质量块23和信号调理电路板24产生信号干扰，保证三轴加速度传感器的检测结果的准确性。优选的是，屏蔽罩25的底端与连接部211的周边通过焊接方式连接。
进一步的，单轴压电加速度模块2还包括绝缘片26和上盖27。上盖27通过绝缘片26与连接部211固接，上盖27连接于外壳1。优选的是，绝缘片26与上盖27和连接部211分别通过胶粘方式连接固定。具体的是，外壳1上具有3个与上盖27对应的开口12，用于3个单轴压电加速度模块2的安装及维护。3个开口12的所在平面两两相互垂直，便于3个单轴压电加速度模块2实现两两相互垂直设置，使3个支撑部212呈两两相互垂直状态。支撑部212的一端与固接在上盖27上的连接部211固接，另一端连同安装好的压电元件22、质量块23、信号调理电路板24和屏蔽罩25伸入外壳1内。3个上盖27与外壳1连接将3个开口12密封形成密封的空腔11，用于容纳3个单轴压电加速度模块2的其他主要部件(支撑部、压电陶瓷、信号调理电路板和屏蔽罩)。具体的是，上盖27的周边与开口12的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上盖27与外壳1形成的空腔11内。
进一步的，如图2所示，压电陶瓷22包括相对的内环面及外环面。压电陶瓷22的内环面套接在支撑部212上，且压电陶瓷22位于连接部211的上方并悬空设置。压电陶瓷22的内环面的直径小于支撑部212的直径，压电陶瓷22与支撑部212之间直接接触且过盈配合。质量块23包括相对的内环面及外环面。质量块23的内环面套接在压电陶瓷22的外环面上，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陶瓷22的外环面的直径，压电陶瓷22与质量块23之间直接接触且过盈配合。具体的是，质量块23的上端面高出压电陶瓷22的上端面，以便于信号调理电路板24的底面与质量块23的上端面接触固定连接。
可以理解的是，压电陶瓷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，只要能够满足单轴压电加速度模块2的使用要求均可。
图3示出本实用新型提供的实施例2的三轴加速度传感器的单轴压电加速度模块的结构示意图。每个单轴压电加速度模块2还包括信号线28，其一端连接于信号调理电路板24，另一端连接于连接器3。连接器3与外部设备电气连接，从而能够将单轴压电加速度模块2的输出信号发送至外部设备。
在一实施例中，连接器3优选为但不局限于四芯连接器，其焊接于外壳1外部。四芯连接器的4根pin针，其中3根pin针分别连接于3个单轴压电加速度模块2，其余1根pin针可作为预留接口，可用来与使用的设备连接。连接器3优选为但不局限于与外壳1通过焊接方式连接固定。亦可在外壳1上开设一安装口，连接器3的端面周边焊接于安装口的边沿，以使连接器的pin针伸入外壳1内部，便于与单轴压电加速度模块2连接。
在一实施例中，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12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个单轴压电加速度模块2呈两两相互垂直设置。开口12优选为但不局限于圆形，连接部211形状与开口12形状相对应。
虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
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)，为内部具有空腔(11)的一体成型结构；
3个单轴压电加速度模块(2)，两两相互垂直地嵌入所述外壳(1)内；和
连接器(3)，设置于所述外壳(1)上，且与所述单轴压电加速度模块(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述单轴压电加速度模块(2)包括：
支架(21)，包括连接部(211)和与所述连接部(211)垂直连接的支撑部(212)；
压电陶瓷(22)，套设于所述支撑部(212)；
质量块(23)，套设于所述压电陶瓷(22)；
信号调理电路板(24)，连接于所述质量块(23)；和
屏蔽罩(25)，罩设并连接于所述连接部(211)，与所述连接部(211)形成一容纳腔，所述支撑部(212)、所述压电陶瓷(22)、所述质量块(23)和所述信号调理电路板(24)置于所述容纳腔内。
3.根据权利要求2所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述单轴压电加速度模块(2)还包括：
上盖(27)，通过绝缘片(26)与所述连接部(211)固接；
所述上盖(27)连接于所述外壳(1)。
4.根据权利要求3所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述外壳(1)上具有3个与所述上盖(27)对应的开口(12)，3个所述开口(12)的所在平面两两相互垂直；所述上盖(27)的周边焊接于所述开口(12)的边沿。
5.根据权利要求3所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述绝缘片(26)与所述上盖(27)和所述连接部(211)分别通过胶粘方式连接固定。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述单轴压电加速度模块(2)还包括：
信号线(28)，其一端连接于所述信号调理电路板(24)，另一端连接于所述连接器(3)。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述连接器(3)为四芯连接器。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述连接器焊接于所述外壳(1)。
9.根据权利要求2至5任一项所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述压电陶瓷(22)与所述支撑部(212)和所述质量块(23)分别通过胶粘方式连接固定。
10.根据权利要求2至5任一项所述的一种三轴加速度传感器，其特征在于，所述信号调理电路板(24)的下端面通过胶粘方式固定于所述质量块(23)的上端面。
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