專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓電環(huán)-金屬殼結(jié)構(gòu)加速度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種壓電環(huán)"^r屬殼結(jié)構(gòu)加速度計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感器和換能器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種壓電加速度計(jì)。
背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其 水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家科才議展水平的重要標(biāo)志之一，加速度計(jì)作為一種 傳感器被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)工業(yè)、自動(dòng)化控制、機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué) 以及軍事領(lǐng)域。
加速度計(jì)按傳感的敏感材料來(lái)分可以分為壓電式、電容式、動(dòng)圏式、壓阻 式、隧道式、扭擺式、力平衡式、諧振式、光纖、溫度效應(yīng)等加速度計(jì)；按感 應(yīng)的方向可以分為單軸加速度計(jì)和多軸加速度計(jì)。
盡管加速度計(jì)的種類(lèi)很多，但是壓電加速度計(jì)目前依然占主要地位。壓電 加速計(jì)的基本原理是牛頓力學(xué)，主要是利用了壓電材料的壓電效應(yīng)，它的特點(diǎn) 是高Q值、低阻尼、高的輸出阻抗、溫度范圍廣。所謂壓電效應(yīng)是指某些 晶體在受到外力作用而發(fā)生形變時(shí)，在它的某些表面上會(huì)出現(xiàn)電荷。壓電加速 度計(jì)的敏感單元是在基座上通過(guò)彈性元件連接質(zhì)量塊，彈性元件由壓電材料構(gòu) 成或在其上附有壓電材料，當(dāng)外界的加速度作用在基座上時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)受到慣 性力的作用，并產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)，彈性元件在質(zhì)量塊的作用下會(huì)發(fā)生形變，同 時(shí)也會(huì)使壓電材料發(fā)生形變，壓電材料因?yàn)閴弘娦?yīng)而產(chǎn)生電壓。壓電陶瓷是 目前主要的壓電材料，但是脆性很大，PVDF(聚偏二氟乙烯，Polyvinylidene Fluoride)是一種具有較強(qiáng)壓電性的新型的壓電材料，并且容易彎曲，是制作 傳感器的良好材料。
常用的壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)大體有以下三種類(lèi)型壓縮式、剪切式和彎 曲式。壓縮式加速度計(jì)是目前比較常見(jiàn)的一種，其中正壓式單軸壓電加速度計(jì) 的敏感單元結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括基座13、質(zhì)量塊11和連接它們的壓電片12， 該類(lèi)加速度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配簡(jiǎn)單，但靈敏度低。
實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服壓電式加速度計(jì)靈敏度低的缺點(diǎn)，提供一種靈敏度高的壓電加速度計(jì)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下
一種壓電加速度計(jì)，包括敏感單元、電極引線(xiàn)、前置放大電路、外殼底 座、外殼和輸出電纜，其中敏感單元由一個(gè)壓電環(huán)、兩個(gè)金屬殼和一個(gè)質(zhì)量塊 組成。兩個(gè)金屬殼的外側(cè)邊緣與中間夾心的壓電環(huán)緊緊粘連在一起，兩個(gè)金屬 殼可以是不對(duì)稱(chēng)的。其中一個(gè)金屬殼固定在外殼底座上，另一個(gè)金屬殼與質(zhì)量 塊固定。
上述金屬殼可以采用黃銅、不銹鋼、鋁合金等材料制成，上述金屬殼可 以是平頂錐形或平頂半球形。壓電環(huán)可為壓電陶瓷材料(例如PZT)、壓電材 料-環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料(0-3型，1-3型，1-3-2型或2-2型)或者弛豫鐵電單 晶材料(例如PMN-PT， PZN-PT)。質(zhì)量塊為鎢材料。
在振動(dòng)測(cè)量時(shí)，外殼固定在被測(cè)對(duì)象上，振動(dòng)加速度通過(guò)外殼底座無(wú)損地 傳遞到敏感單元的下金屬殼上，由于與上金屬殼粘連的質(zhì)量塊的慣性作用，在 上下金屬殼之間的壓電材料環(huán)上形成壓力和彎矩，引起壓電環(huán)的形變，從而在 壓電環(huán)的上下電極之間產(chǎn)生響應(yīng)電壓。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果采用金屬殼和壓電環(huán)的壓電-金屬?gòu)?fù)合材料 代替?zhèn)鹘y(tǒng)正壓型壓電加速度計(jì)的壓電片，在體積增加不大的情況下，大幅度提 高了加速度計(jì)的靈敏度；在壓電-金屬?gòu)?fù)合材料中采用壓電環(huán)代替壓電片，在 尺寸相同的情況下，降低了一階固有頻率，適合低頻使用；進(jìn)一步提高了靈敏 度，與金屬殼和壓電片組成的壓電-金屬?gòu)?fù)合材料相比，靈敏度提高5倍以上； 同時(shí)減輕了重量，節(jié)省了壓電材料?？傊緦?shí)用新型采用壓電環(huán)-金屬殼結(jié) 構(gòu)制作的壓電加速度計(jì)，具有靈敏度高、質(zhì)量輕、節(jié)省壓電材料、適合低頻應(yīng) 用的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于地震勘探、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和國(guó)防領(lǐng)域的振動(dòng) 測(cè)量。


圖l是正壓式單軸壓電加速度計(jì)原理示意圖。
圖2是本實(shí)用新型壓電加速度計(jì)的中心剖面正視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型，^旦不以任何方式 限制本實(shí)用新型的范圍。
如圖2所示，該加速度計(jì)的敏感單元由壓電環(huán)61、兩片金屬殼62和質(zhì)量 塊63構(gòu)成。金屬殼62與壓電環(huán)61用環(huán)氧樹(shù)脂夾心粘接，其中一個(gè)金屬殼62 的頂部用環(huán)氧樹(shù)脂與圓柱形金屬質(zhì)量塊63同軸對(duì)稱(chēng)粘接。
另外一個(gè)金屬殼62用環(huán)氧樹(shù)脂緊緊固定在金屬外殼66的底座65上，從 金屬外殼66的邊緣用焊錫焊接引出電極引線(xiàn)67,連接電極引線(xiàn)67至前置放 大電路64的輸入端，前置放大電路64的輸出端和輸出電纜68相連，將金屬 外殼66與安裝底座69固定。
權(quán)利要求1、一種壓電加速度計(jì)，包括敏感單元、電極引線(xiàn)、前置放大電路、外殼底座、外殼和輸出電纜，其特征在于所述敏感單元是由壓電環(huán)、兩個(gè)金屬殼和一個(gè)質(zhì)量塊構(gòu)成，所述兩個(gè)金屬殼相對(duì)設(shè)置，并與壓電環(huán)夾心扣合，所述質(zhì)量塊與其中一個(gè)金屬殼粘接。
2、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于所述兩個(gè)金屬殼是 平頂錐形或平頂半球形。
3、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于所述兩個(gè)金屬殼是 不對(duì)稱(chēng)的。
4、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于所述壓電環(huán)是壓電 陶瓷材料。
5、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于所述壓電環(huán)是弛豫 鐵電單晶材料。
6、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于所述壓電環(huán)是壓電 材料-環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料。
7、 如權(quán)利要求1所述的壓電加速度計(jì)，其特征在于質(zhì)量塊為鎢材料。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于傳感器和換能器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種新型結(jié)構(gòu)的加速度計(jì)，其敏感單元由一個(gè)壓電環(huán)、兩個(gè)平頂金屬帽(殼)和一個(gè)質(zhì)量塊構(gòu)成。本實(shí)用新型采用壓電環(huán)-金屬殼結(jié)構(gòu)制作的壓電加速度計(jì)，具有靈敏度高、質(zhì)量輕、節(jié)省壓電材料、適合低頻應(yīng)用的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于地震勘探、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和國(guó)防領(lǐng)域的振動(dòng)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01P15/09GK201322756SQ20082021398
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者李朝暉, 欒桂冬, 熊裕輝, 紀(jì)君寵 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院;北京大學(xué)