專利名稱：一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感
器，其可以應(yīng)用在常規(guī)的振動監(jiān)測，特別是振動較微弱的情況下，也可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中做電 子聽診器，如測量脈搏等。
背景技術(shù)：
目前有很多關(guān)于振動監(jiān)測的的方法，如中國專利ZL93247606. 6公開的一種壓電 振動傳感器，它采用了 T型結(jié)構(gòu)加鋼球，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且由于鋼球的位置不定，一致性較差； 又如公開號為CN 1603841A中介紹的壓電型振動傳感器，由于壓電薄膜傳感元件懸空在 一開放的殼體內(nèi)，被監(jiān)測物體的振動通過殼體傳遞給外框，然后通過外框傳遞給壓電薄膜 傳感元件，經(jīng)過多次的傳遞，信號會衰減很多，對于一些微弱的振動，其監(jiān)測的靈敏度會很 低；再如中國專利CN101135658A公開的采用壓電陶瓷材料制作的振動傳感器識別水沸點 的方法，該方法能監(jiān)測到水溫高于7(TC后的振動，因為此時的振動較強(qiáng)烈，而對于水溫小于 7(TC之前的微弱振動信號并不能監(jiān)測到，可見該方法的監(jiān)測靈敏度不高，另外該方法采用 的壓感材料為壓電陶瓷，其本身加工性能差，柔性不好，安裝不方便，且價格較昂貴，使其應(yīng) 用范圍有很大的局限性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種適合于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、成本低廉、靈敏高、適合于不 同振動形式和不同監(jiān)測環(huán)境的壓電傳感器。 本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，包括一接 觸式傳振頭、一壓電薄膜傳感元件、一信號引出件及一固定件，所述接觸式傳振頭與壓電薄 膜傳感元件緊密連接成一組合體，所述組合體的周邊由所述固定件固定，所述壓電薄膜傳 感元件與所述信號弓I出件電連接。 具體地，所述接觸式傳振頭為由硅膠或橡膠制成的彈性體，所述接觸式傳振頭的 頭部和底部為弧形或平面形。 具體地，所述壓電薄膜傳感元件由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及導(dǎo)電層組成。 具體地，所述壓電薄膜傳感元件采用自屏蔽結(jié)構(gòu)，其表面涂覆有多層導(dǎo)電材料，外 層包裹內(nèi)層，且外層的導(dǎo)電材料短路。 具體地，所述壓電薄膜傳感元件與接觸式傳振頭之間采用粘結(jié)劑緊密連接成一組 合體，所述粘結(jié)劑為硅膠或橡膠。 具體地，所述信號引出件包括兩端子與兩引線，所述端子與壓電薄膜傳感元件壓 接，所述引線與端子焊接。 或者，所述信號弓|出件包括一 PCB板與兩引線，所述PCB板與壓電薄膜傳感元件壓 接，所述引線與PCB板焊接。 具體地，所述固定件由一上殼和一下殼組成，所述下殼內(nèi)設(shè)有一避空槽及兩個位
3于所述避空槽兩端的凸臺，所述組合體懸空設(shè)于所述避空槽上；所述組合體的邊緣由所述 上殼和所述下殼內(nèi)的凸臺壓緊固定。 或者，所述固定件為可將所述組合體的邊緣固定的PCB板夾持件、五金夾持件或 塑膠夾持件。 亦或，所述固定件為可將所述組合體的邊緣固定的螺釘、鉚釘、壓片或壓塊。 使用時，接觸式傳振頭的頭部與被測物體接觸，被測物體的振動通過接觸式傳振 頭傳遞給壓電薄膜傳感元件，從而實現(xiàn)對物體振動的在線監(jiān)測，本實用新型可適合于不同 振動形式和不同監(jiān)測環(huán)境，成本低廉、靈敏高。

圖1是本實用新型實施例提供的壓電傳感器的原理示意圖； 圖2A是本實用新型實施例提供的壓電傳感器結(jié)構(gòu)的右剖視圖； 圖2B是本實用新型實施例提供的壓電傳感器結(jié)構(gòu)的主剖視圖； 圖3是本實用新型實施例提供的壓電薄膜傳感元件與端子和導(dǎo)線的連接示意圖； 圖4A是本實用新型實施例提供的采用多層導(dǎo)電材料的自屏蔽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4B是本實用新型實施例提供的采用單層對折的自屏蔽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5A是本實用新型實施例提供的接觸式傳振頭結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5B是本實用新型實施例提供的另一接觸式傳振頭結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5C是本實用新型實施例提供的另一接觸式傳振頭結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6A是本實用新型實施例提供的接觸式傳振頭與壓電薄膜傳感元件的連接示意
圖； 圖6B是圖6A的右視圖； 圖7是本實用新型實施例提供的外殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本實用新型實施例提供的底座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本實用新型實施例提供的壓電傳感器用于監(jiān)測電磁爐燒開水的原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。 如圖1所示，本實用新型提供的高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，包括一接 觸式傳振頭1、一壓電薄膜傳感元件2、一信號引出件3及一固定件4，所述接觸式傳振頭1 與壓電薄膜傳感元件2緊密連接成一組合體，所述組合體的周邊由所述固定件4固定，所述 壓電薄膜傳感元件2與所述信號引出件3電連接。使用時，接觸式傳振頭1的頭部與被測物 體接觸，被測物體的振動通過接觸式傳振頭1傳遞給壓電薄膜傳感元件2，從而實現(xiàn)對物體 振動的在線監(jiān)測，本實用新型可適合于不同振動形式和不同監(jiān)測環(huán)境，成本低廉、靈敏高。 以下對本實用新型作詳細(xì)說明。 如圖3、圖4A所示，所述壓電薄膜傳感元件2的電荷引出方式如下所述壓電薄膜 傳感元件2由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及導(dǎo)電層組成，并采用如圖4A自屏蔽結(jié)構(gòu)，在
4其表面涂覆有多層導(dǎo)電材料，外層包裹內(nèi)層，且外層的導(dǎo)電材料短路。所述信號引出件3包 括兩端子31與兩引線32，所述端子31與壓電薄膜傳感元件2壓接，所述引線32與端子31 焊接。上述結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系具體為所述壓電薄膜傳感元件2由2a層、2b層、2c層、2d層、 2e層組成，首先在2b層的上下兩面絲印銀粉，形成負(fù)極2a層和正極2c層，注意在設(shè)計時， 2a層的工作區(qū)域略大于2c層的工作區(qū)域，接著在2c層另一面用雙面膠貼上一層絕緣層2d 層，然后在2d層上再絲印一層銀粉形成2e層，該2e層的形狀與2a層類似，且要求能完全 覆蓋2c層，最后通過端子31將2e層和2a層導(dǎo)通，從而形成對2c層的屏蔽；然后，將端子 31壓接到壓電薄膜傳感元件2上，再將導(dǎo)線32焊接到端子31上，即實現(xiàn)了將壓電薄膜傳感 元件2的電荷引出的目的。 應(yīng)當(dāng)理解，所述信號引出件3也可由一PCB板(圖中未示出)和兩引線(圖中未 示出)組成，所述PCB板與壓電薄膜傳感元件2壓接，所述引線與PCB板焊接。另外，所述 壓電薄膜傳感元件2也可以采用如圖4B所示的采用單層對折的自屏蔽結(jié)構(gòu)，該壓電薄膜傳 感元件2由2a層、2b層、2c層組成，然后對折即可，也屬于本實用新型的保護(hù)范圍。 如圖2A、圖2B、圖5A、圖6A及圖6B所示，所述接觸式傳振頭1與壓電薄膜傳感元 件2之間的連接方式如下本實施例中，所述接觸式傳振頭1為由硅膠或橡膠制成的彈性 體，所述接觸式傳振頭1的頭部和底部為弧形或平面形，所述壓電薄膜傳感元件2與接觸式 傳振頭1之間采用硅膠或橡膠等粘結(jié)劑緊密粘結(jié)成一組合體，具體為接觸式傳振頭1的頭 部la采用如圖5A所示的球形結(jié)構(gòu)，接觸式傳振頭1的底部lb采用弧形結(jié)構(gòu)，底部lb與壓 電薄膜傳感元件2的弧形部22相匹配并采用硅膠或橡膠粘接，接觸式傳振頭1的邊緣lc與 壓電薄膜傳感元件2的邊緣21也采用硅膠或橡膠粘結(jié)，從而使兩者成為一組合體，這樣可 以減少或者避免信號在傳遞過程中的衰減。圖6B中所示的h為兩者邊緣的厚度，圖6A中 陰影部分為兩者的結(jié)合區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解，所述接觸式傳振頭l頭部la也可以是平面的(如 圖5B所示)，所述接觸式傳振頭1的底部lb也可以使平面的(圖5C所示)，均屬于本實用 新型的保護(hù)范圍。 如圖2A、圖2B、圖7及圖8所示，本實用新型的壓電傳感器的總裝方式如下所述 固定件4由一上殼41和一下殼42組成，所述下殼42內(nèi)設(shè)有一避空槽421及兩個位于所述 避空槽421兩端的凸臺422，所述組合體懸空設(shè)于所述避空槽421上；所述組合體的邊緣由 所述上殼41和所述下殼42內(nèi)的凸臺422壓緊固定。具體裝配過程為首先，將粘接在一起 的接觸式傳振頭1與壓電薄膜傳感元件2形成的組合件放入上殼41中，其中上殼41中間 的圓孔411起導(dǎo)向作用，上殼41的四個方形凸臺412起定位作用，壓緊接觸式傳振頭l和 上殼41 ;然后，將下殼42安裝到上殼41上，其中所述方形凸臺412和下殼42的四個導(dǎo)向 柱423對齊，起導(dǎo)向定位作用，上殼41上的卡扣413和下殼42上的卡扣424對接，起連接 作用，且該連接是不可拆卸的。在整個組裝過程中有兩點是很重要的第一點是當(dāng)上殼41 與下殼42組裝完成以后，下殼42上的凸臺422的上表面與上殼41的內(nèi)表面之間的距離 H(如圖2A所示)小于接觸式傳振頭1的邊緣lc和壓電薄膜傳感元件2的邊緣的厚度之和 h(如圖6B所示)，兩者的差為0. 3mm，這樣凸臺422與上殼41的內(nèi)表面能緊緊地壓住接觸 式傳振頭1的邊緣lc，保證在接觸式傳振頭1發(fā)生軸向變形時，接觸式傳振頭1的邊緣lc 無橫向變形或者很小，應(yīng)當(dāng)理解，組合體的邊緣的固定方式可以是完全固定，也可以是部分 固定，或者是邊緣的部分邊、面固定，邊緣的形狀可以是任意形狀；第二點是壓電薄膜傳感元件2的弧形部22與下殼42內(nèi)的弧形部425之間有一定的間隙，保證壓電薄膜傳感元件 2發(fā)生變形時不會與下殼42產(chǎn)生干涉。完成壓電傳感器的總裝以后，就可以安裝到被測物 體上進(jìn)行振動的監(jiān)測。 或者，所述固定件4也可采用可將所述組合體的邊緣固定的PCB板夾持件、五金夾 持件或塑膠夾持件。尤其是，當(dāng)采用PCB板夾持件時，該P(yáng)CB板夾持件不僅起到壓緊固定組 合體邊緣的作用，還可以直接與壓電薄膜傳感元件2壓接在一起，然后在PCB板接導(dǎo)線，導(dǎo) 線即可與外部的振動測試電路連接；當(dāng)然也可以直接在PCB板設(shè)置振動測試用電路元件和 導(dǎo)線，即可對被測物體的振動進(jìn)行監(jiān)測。 亦或，所述固定件4也可以是將所述組合體的邊緣固定的螺釘、鉚釘、壓片或壓 塊。 如圖9所示，以電磁爐燒開水為例來說明壓電傳感器的工作原理，壓電傳感器被 固定在電磁爐中，接觸式傳振頭1的頭部la與電磁爐的陶瓷面板5的底面接觸，為了能更 好地傳遞振動信號，必須保證兩者完全接觸，所以在安裝時接觸式傳振頭1的頭部la將被 預(yù)壓縮O. 2mm，陶瓷面板5的上面放置燒水的容器6，當(dāng)水被加熱時，由于水分子的熱運動使 容器6產(chǎn)生微弱的振動，這些振動信號通過陶瓷面板5傳遞給接觸式傳振頭l，而接觸式傳 振頭1與壓電薄膜傳感元件2是一體的，壓電薄膜傳感元件2在振動信號驅(qū)使下產(chǎn)生壓電 效應(yīng)，經(jīng)過后續(xù)的信號處理就能很容易地實時監(jiān)測整個燒水過程。通過實驗測得，水開和開 始燒水時兩者的輸出信號經(jīng)過處理后，其比值都在3以上，這樣就能很精確地判定水是否 燒開。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，包括一接觸式傳振頭、一壓電薄膜傳感元件、一信號引出件及一固定件，其特征在于所述接觸式傳振頭與壓電薄膜傳感元件緊密連接成一組合體，所述組合體的周邊由所述固定件固定，所述壓電薄膜傳感元件與所述信號引出件電連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 接觸式傳振頭為由硅膠或橡膠制成的彈性體，所述接觸式傳振頭的頭部和底部為弧形或平 面形。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 壓電薄膜傳感元件由聚偏氟乙烯(PVDF)高分子薄膜及導(dǎo)電層組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 壓電薄膜傳感元件采用自屏蔽結(jié)構(gòu)，其表面涂覆有多層導(dǎo)電材料，外層包裹內(nèi)層，且外層的 導(dǎo)電材料短路。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 壓電薄膜傳感元件與接觸式傳振頭之間采用粘結(jié)劑緊密連接成一組合體，所述粘結(jié)劑為硅 膠或橡膠。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 信號引出件包括兩端子與兩引線，所述端子與壓電薄膜傳感元件壓接，所述引線與端子焊 接。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述信號引出件包括一 PCB板與兩引線，所述PCB板與壓電薄膜傳感元件壓接，所述引線與PCB 板焊接。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述固定件由 一上殼和一下殼組成，所述下殼內(nèi)設(shè)有一避空槽及兩個位于所述避空槽兩端的凸臺，所述組合體懸空設(shè)于所述避空槽上；所述組合體的邊緣由所述上殼和所述下殼內(nèi)的凸 臺壓緊固定。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 固定件為可將所述組合體的邊緣固定的PCB板夾持件、五金夾持件或塑膠夾持件。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，其特征在于所述 固定件為可將所述組合體的邊緣固定的螺釘、鉚釘、壓片或壓塊。
專利摘要本實用新型適用于傳感器領(lǐng)域，提供了一種高靈敏度接觸式振動監(jiān)測壓電傳感器，包括一接觸式傳振頭、一壓電薄膜傳感元件、一信號引出件及一固定件，所述接觸式傳振頭與壓電薄膜傳感元件緊密連接成一組合體，所述組合體的周邊由所述固定件固定，所述壓電薄膜傳感元件與所述信號引出件電連接。使用時，接觸式傳振頭的頭部與被測物體接觸，被測物體的振動通過接觸式傳振頭傳遞給壓電薄膜傳感元件，從而實現(xiàn)對物體振動的在線監(jiān)測，本實用新型可適合于不同振動形式和不同監(jiān)測環(huán)境，成本低廉、靈敏高。
文檔編號G01H11/08GK201514275SQ20092020538
公開日2010年6月23日 申請日期2009年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日
發(fā)明者段立新, 湯翼, 鄭婷婷 申請人:精量電子(深圳)有限公司