CN217739219U - 一种超宽温加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超宽温加速度传感器，包括芯体组件、基座、预紧环、质量块、热应力环、绝缘陶瓷、引线片、压电晶体和电缆组件，核心部件为可在宽温区工况下可靠工作的压电晶体，电缆组件采用灌封了金属氧化物粉末的铠装电缆，并且直接焊接在传感器基座上以保证整体的密封性。本加速度传感器适用温区宽、抗辐射强、耐腐蚀、密封性好等特点，具有可靠性高、响应快、密封性好、工作温区宽等特点。可靠工作温度跨度不小于800℃，低温工作点可达‑190℃以下，高温工作点可达600℃以上。可应用于核能、航天或航空等军用、民用领域。

Description

一种超宽温加速度传感器

技术领域

本实用新型涉及测量测试技术领域，具体涉及一种超宽温加速度传感器。

背景技术

加速度测量是在各种工况下需要监测的重要指标，其指标参数是判断系统工况和环境适应性的重要条件。加速度传感器的种类较多，且在各类大型测试系统中运用广泛。但是在某些极端温度条件下，特别是连续的宽温区工况下的加速度精确测量一直是个难点。

老式压电加速度传感器稳定工作温度区间较为狭窄，通常为-80℃～+160℃之间。超出工作温度范围后，传感器易会出现压电晶体失效或电缆损坏进而导致整机失效的情况。本实用新型中的超宽温加速度传感器较老式传感器在极端的宽温区工况下具有良好的可靠性、稳定性和适应性。

发明内容

本实用新型是为了解决加速度传感器工作温度范围低的问题，提供一种超宽温加速度传感器，压电敏感组件包括芯体、基座、预紧环、质量块、热应力环、绝缘陶瓷、引线片和压电晶体，其核心部件为可在宽温区工况下可靠工作的压电晶体，电缆组件采用灌封了金属氧化物粉末的铠装电缆，并且直接焊接在传感器基座上以保证整体的密封性。本加速度传感器适用温区宽、抗辐射强、耐腐蚀、密封性好等特点。该传感器具有可靠性高、响应快、密封性好、工作温区宽等特点。可应用于核能、航天或航空等军用、民用领域。

本实用新型提供一种超宽温加速度传感器，包括芯体组件，固定在芯体组件外部的基座，设置在基座上方、芯体组件外部的外罩，设置在外罩内部、芯体组件上部的质量块，设置在质量块中部的热应力环，设置在热应力环上部、质量块中部的预紧环和设置在质量块、芯体组件之间的绝缘陶瓷、引线片、压电晶体；

芯体组件包括芯体基座和设置在芯体基座上部中央的芯体，芯体为杆状结构，质量块、热应力环、预紧环、绝缘陶瓷、引线片、压电晶体均穿过芯体。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，绝缘陶瓷设置在芯体基座的上侧。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，芯体基座和芯体为一体式结构。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，芯体基座和芯体通过焊接或螺纹连接固定。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，芯体上部设置螺纹，预紧环通过螺纹与芯体连接并将质量块、热应力环、绝缘陶瓷、引线片和压电晶体压紧固定在芯体基座的上侧。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，引线片和压电晶体的数量均为至少两个，引线片和压电晶体上下间隔排列，绝缘陶瓷的数量为2个、分别设置在质量块的底部和芯体基座的顶部。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，芯体组件、基座和外罩之间均为密封连接。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，芯体组件、外罩、质量块、热应力环、预紧环、绝缘陶瓷、引线片和压电晶体均为轴对称结构；

基座设置固定芯体组件和外罩的凹槽。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，还包括与引线片通过焊接连接的电缆组件。

本实用新型所述的一种超宽温加速度传感器，作为优选方式，电缆组件包括电缆引线接嘴和与电缆引线接嘴连接的金属铠装电缆、电连接器，金属铠装电缆包括金属管，设置在金属内部的与电缆引线接嘴焊接的金属芯线和将金属管、金属芯线灌封固定的金属氧化物粉末，金属芯线的数量为2个，电缆引线接嘴的数量为1个，电连接器和金属铠装电缆通过焊接连接，电缆引线接嘴和金属铠装电缆通过焊接连接；

基座的一侧设置与电缆引线接嘴焊接的开孔卡槽结构，引线片与金属铠装电缆的芯线连接。

本技术方案提供一种超宽温加速度传感器，该传感器主要用于环境温度变化范围较大时，振动加速度参数的测量。传感器将测得的加速度信号转换为电信号传输给后续的信号处理电路。可靠工作温度跨度不小于800℃，低温工作点可达-190℃以下，高温工作点可达600℃以上。传感器外露结构整体采用焊接工艺完成组装以保证整体密封，具有适用温区宽、抗辐射强、耐腐蚀、密封性好等特点。

一种超宽温加速度传感器，包括芯体组件、基座、外罩、预紧环、质量块、热应力环、绝缘陶瓷、引线片、压电晶体和电缆组件组成。其中芯体组件位于基座的内部，外罩位于基座的上方，电缆组件位于电缆引线接嘴内部且芯线和引线片焊接在一起，压电晶体和引线片呈交错层叠结构，绝缘陶瓷分别位于此结构的上、下表面组合为一体后放置于芯体上方，质量块位于绝缘陶瓷上方，热应力环位于质量块内部，预紧环位于质量块内部同时位于热应力环上方。

芯体组件由一个或多个零件组成，中心位置有螺杆状结构，螺杆根部须有一个平台结构。

基座和芯体之间需紧密配合后焊接在一起，外罩和芯体之间需紧密配合后焊接在一起，预紧环与芯体的螺杆通过螺纹紧固后将质量块、热应力环以及由绝缘陶瓷、引线片、压电晶体组成的一体式结构紧固在芯体上，基座以通过电缆引线嘴和电缆组件焊接为一体。

电缆组件为电缆引线嘴、金属铠装电缆和电连接器组成，其中金属铠装电缆由外部金属管、2根金属芯线和灌封在它们之间的金属氧化物粉末组成。电连接器和铠装电缆焊接为一体。金属芯线通过焊接的方式与引线片连接，用于保证信号的可靠传输。

超宽温加速度传感器主要由可在超宽温区工况下工作的压电敏感组件和电缆组件以及其他结构件组成。压电敏感组件主要由芯体、基座、预紧环、质量块、热应力环、绝缘陶瓷、引线片和压电晶体组成，其核心部件为可在宽温区工况下可靠工作的压电晶体。电缆组件包括电缆引线嘴、电缆与电连接器，其中，电缆作为和传感器直接连接的部件，其工况温度环境要求和传感器本体一致，所以采用灌封了金属氧化物粉末的铠装电缆，电缆组件直接焊接在传感器基座上以保证整体的密封性。

本实用新型具有以下优点：

(1)对传感器结构进行了创新性设计，在敏感组件设计中加入热应力环，以保证在较宽的工作温度下，保证压电晶体的输出的稳定性以及质量块和敏感组件贴合的紧密性。

(2)对压电晶体的堆叠部分采用两片引线片将所有压电片并联为一组压电敏感组件，进一步提高传感器电信号输出的稳定性。

(3)在组装过程中，传感器外漏部分采用激光焊接的组合方式结合铠装水密电缆，组装完成整机后可适用于各种测试环境。

(4)超宽温加速度传感器结构采用一体式设计，适用温区宽、抗辐射强、耐腐蚀、密封性好等特点。该传感器具有可靠性高、响应快、密封性好、工作温区宽等特点，可靠工作温度跨度不小于800℃，低温工作点可达-190℃以下，高温工作点可达600℃以上。可应用于核能、航天或航空等军用、民用领域。

附图说明

图1为一种超宽温加速度传感器结构剖面图；

图2为一种超宽温加速度传感器三维轴测图。

附图标记：

1、芯体组件；1a、芯体基座；1b、芯体；2、基座；3、外罩；4、质量块；5、热应力环；6、预紧环；7、绝缘陶瓷；8、引线片；9、压电晶体；10、电缆组件；10a、电缆引线接嘴。

具体实施方式

下面将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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1-2所示，一种超宽温加速度传感器，包括芯体组件1，固定在芯体组件1外部的基座2，设置在基座2上方、芯体组件1外部的外罩3，设置在外罩3内部、芯体组件1上部的质量块4，设置在质量块4中部的热应力环5，设置在热应力环5上部、质量块4中部的预紧环6，设置在质量块4、芯体组件1之间的绝缘陶瓷7、引线片8、压电晶体9和引线片8通过焊接连接的电缆组件10；

芯体组件1包括芯体基座1a和设置在芯体基座1a上部中央的芯体组件1b，芯体组件1b为杆状结构，质量块4、热应力环5、预紧环6、绝缘陶瓷7、引线片8、压电晶体9均穿过芯体组件1b；

绝缘陶瓷7设置在芯体基座1a的上侧；

芯体基座1a和芯体组件1b为一体式结构，或者芯体基座1a和芯体组件1b通过焊接或螺纹连接固定；

芯体组件1b上部设置螺纹，预紧环6通过螺纹与芯体组件1b连接并将质量块4、热应力环5、绝缘陶瓷7、引线片8和压电晶体9压紧固定在芯体基座1a的上侧；

引线片8和压电晶体9的数量均为至少两个，引线片8和压电晶体9上下间隔排列，绝缘陶瓷7的数量为2个、分别设置在质量块4的底部和芯体基座1a的顶部，绝缘陶瓷7均与引线片8连接；

芯体组件1、基座2和外罩3之间均为密封连接；

芯体组件1、外罩3、质量块4、热应力环5、预紧环6、绝缘陶瓷7、引线片8和压电晶体9均为轴对称结构；

基座2设置固定芯体组件1和外罩3的凹槽；

电缆组件10包括电缆引线接嘴10a和与电缆引线接嘴10a连接的金属铠装电缆、电连接器，金属铠装电缆包括金属管，设置在金属内部的与电缆引线接嘴10a焊接的金属芯线和将金属管、金属芯线灌封固定的金属氧化物粉末，金属芯线的数量为2个，电缆引线接嘴10a的数量为1个，电连接器和金属铠装电缆通过焊接连接，电缆引线接嘴10a和金属铠装电缆通过焊接连接；

基座2的一侧设置与电缆引线接嘴10a焊接的开孔卡槽结构，引线片8与金属铠装电缆的芯线连接。

实施例2

如图1为本实用新型超宽温加速度传感器结构剖面图，本实用新型的超宽温加速度传感器包括芯体组件1、基座2、外罩3、质量块4、热应力环5、预紧环6、绝缘陶瓷7、引线片8、压电晶体9和电缆组件10。

外露的芯体组件1、基座2、外罩3、电缆组件10通过焊接工艺连接为一个密封的整体。其作用是在整个超宽温区的工作环境下，保证产品的密封性及抗电磁干扰能力。

压电晶体9和引线片8组合为压电敏感组件后，被质量块4、热应力环5、预紧环6组成的紧固系统牢牢压紧。其作用是保证在-190℃～+600℃的环境温度下将被测物体的加速度持续稳定的转化为电信号。

预紧环6与芯体组件1螺纹紧固后再通过焊接工艺将两个零件熔接为一体。其作用是在整个超宽温区的加速度测量过程中，防止预紧环6因温度应变导致的松动，进而导致的传感器整体失效。

电缆组件10为金属铠装电缆和电连接器组成，其中电连接器为水密式连接器，金属铠装电缆由外部金属管、2根金属芯线和灌封在它们之间的金属氧化物粉末组成。其作用是在环境温度大于600℃的高温下可保持较高的绝缘电阻及温度稳定性，保证电信号的可靠传输。同时，传感器在突发的水下环境也可可靠工作。

电缆组件10位于电缆引线接嘴10a内部且芯线和引线片8熔焊在一起。其作用是在保证整体密封性的同时，环境温度大于600℃的高温下，不会因高温导致焊点失效，进而导致的传感器整体失效。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超宽温加速度传感器，其特征在于：包括芯体组件(1)，固定在所述芯体组件(1)外部的基座(2)，设置在所述基座(2)上方、所述芯体组件(1)外部的外罩(3)，设置在所述外罩(3)内部、所述芯体组件(1)上部的质量块(4)，设置在所述质量块(4)中部的热应力环(5)，设置在所述热应力环(5)上部、所述质量块(4)中部的预紧环(6)和设置在所述质量块(4)、所述芯体组件(1)之间的绝缘陶瓷(7)、引线片(8)、压电晶体(9)；

所述芯体组件(1)包括芯体基座(1a)和设置在所述芯体基座(1a)上部中央的芯体(1b)，所述芯体(1b)为杆状结构，所述质量块(4)、所述热应力环(5)、所述预紧环(6)、所述绝缘陶瓷(7)、所述引线片(8)、所述压电晶体(9)均穿过所述芯体(1b)。

2.根据权利要求1所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述绝缘陶瓷(7)设置在所述芯体基座(1a)的上侧。

3.根据权利要求2所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述芯体基座(1a)和所述芯体(1b)为一体式结构。

4.根据权利要求2所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述芯体基座(1a)和所述芯体(1b)通过焊接或螺纹连接固定。

5.根据权利要求2所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述芯体(1b)上部设置螺纹，所述预紧环(6)通过螺纹与所述芯体(1b)连接并将所述质量块(4)、所述热应力环(5)、所述绝缘陶瓷(7)、所述引线片(8)和所述压电晶体(9)压紧固定在所述芯体基座(1a)的上侧。

6.根据权利要求2所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述引线片(8)和所述压电晶体(9)的数量均为至少两个，所述引线片(8)和所述压电晶体(9)上下间隔排列，所述绝缘陶瓷(7)的数量为2个、分别设置在所述质量块(4)的底部和所述芯体基座(1a)的顶部，所述绝缘陶瓷(7)均与所述引线片(8)连接。

7.根据权利要求1所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述芯体组件(1)、所述基座(2)和所述外罩(3)之间均为密封连接。

8.根据权利要求1所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述芯体组件(1)、所述外罩(3)、所述质量块(4)、所述热应力环(5)、所述预紧环(6)、所述绝缘陶瓷(7)、所述引线片(8)和所述压电晶体(9)均为轴对称结构；

所述基座(2)设置固定所述芯体组件(1)和所述外罩(3)的凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：还包括与所述引线片(8)通过焊接连接的电缆组件(10)。

10.根据权利要求9所述的一种超宽温加速度传感器，其特征在于：所述电缆组件(10)包括电缆引线接嘴(10a)和与所述电缆引线接嘴(10a)连接的金属铠装电缆、电连接器，所述金属铠装电缆包括金属管，设置在所述金属内部的与所述电缆引线接嘴(10a)焊接的金属芯线和将所述金属管、所述金属芯线灌封固定的金属氧化物粉末，所述金属芯线的数量为2个，所述电缆引线接嘴(10a)的数量为1个，所述电连接器和所述金属铠装电缆通过焊接连接，所述电缆引线接嘴(10a)和所述金属铠装电缆通过焊接连接；

所述基座(2)的一侧设置与所述电缆引线接嘴(10a)焊接的开孔卡槽结构，所述引线片(8)与所述金属铠装电缆的芯线连接。

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