一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計的製作方法

2023-04-25 01:12:41 1

專利名稱：一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可承受480℃高溫差分式壓電加速度計，用於航空航天、冶金等需要用於高溫振動測試的場所，屬於高溫振動傳感器領域。
背景技術：
任何物體都會振動，振動量的大小反映一個物體、一臺設備的運行狀況是否良好。高溫振動測試是一個特殊的應用領域，在航空、航天、石油探測、飛彈精密制導、通信等國家重要領域有著廣泛的應用，因此，研究高溫壓電材料和新結構器件對國防和民用有著學術和經濟價值。而壓電加速度計是振動檢測中使用最多的傳感器之一。
尤其在對航空、航天發動機的振動監測，對艦船高速柴油機的振動監測，對冶金系統以及火電發動機的振動監測中，都少不了高溫壓電加速度計。這其中要求最高的是航空、航天發動機的監測。特別是在航空領域，因航空發動機的故障，造成機毀人亡的事故時常發生，特別是軍用機。
在高溫壓電加速度計用于振動測試中，最高使用溫度是一個最重要的技術指標，它決定了高溫壓電加速度計的應用領域，因此提高壓電材料的居裡溫度對拓展高溫應用非常重要。但是高溫並不是衡量器件性能的唯一標準。因為加速度計在物體振動檢測中，除了使用溫度以外，還有工作頻率、電荷靈敏度、橫向電荷靈敏度、靈敏度隨溫度變化的關係、以及體積尺寸等。
該發明使用倒置中心壓縮式的結構，如圖1所示是由以下部分組成，各部分及各部分之間關係分別為1 為底座，它具有兩種安裝方式，一種為三角螺母安裝，另一種則為中心M5螺紋安裝；2 為預緊機構，它的作用是將壓電傳感器的質量塊3、絕緣片4、壓電晶體或壓電陶瓷片5和輸出端外殼剛性9的連接在一起，一般採用自鎖螺紋以防止脫落；3 為質量塊，是採用高比重合金材料，它是傳感器靈敏度參數重要決定因素之一，可根據需要增加其重量大小來控制傳感器靈敏度；4 為絕緣片，採用在高溫下仍然具有高絕緣阻抗的無機材料，其目的在於將輸出信號與大地隔離，從而起到屏蔽大地幹擾信號的作用；5 為壓電晶體或壓電陶瓷片，它是整個傳感器的核心敏感元件。具有高居裡溫度(900℃以上)，並且壓電係數隨溫度動態變化誤差小於10％，同時具有較高的電阻率，損耗也必須小於5％；在加工工藝上要求不平行度和粗糙度都小於0.002mm，並且參數具有一致性；6 為插針，是傳感器與連接導線的連接裝置，它必須耐高溫和強抗氧化性，插針一端與壓電晶體或壓電陶瓷片5相連，另一端穿過絕緣密封裝置8與連接導線連接。
7 為安裝座，是倒置中心壓縮式的實現方式，它與預緊機構2、質量塊3、絕緣片4和壓電晶體或壓電陶瓷片5剛性連接，具有很高的剛性係數以便於提高傳感器的頻率響應範圍；8 為絕緣密封裝置，其作用一是用於密封傳感器，防止水、油等液體洩漏從而提高傳感器的整體穩定性和可靠性，甚至可以水下作業；二是為了將兩輸出插針和外殼進行絕緣，並且能夠長期承受500℃的高溫，一般採用燒結固定；9 為輸出端外殼，是導線連接方式，一般採用螺紋方式，它與安裝座、底座是剛性連接體，三者與大地形成迴路，對傳感器起到屏蔽作用；本發明的壓電加速度計具有著以下的優點1、本發明是採用了倒置中心壓縮式的結構，使得傳感器具有很小的橫向靈敏度(＜2％)，從而解決了正向壓縮式有很大橫向誤差的缺點。不僅如此，倒置中心壓縮式使得各種環境參數都得到優化，這是因為直接受力的基座與核心元件分離後帶來的優點；2、倒置中心壓縮式使得安裝表面的溫度不是直接通過面的形式傳向壓電晶體，因此從結構上使得高溫壓電元件工作環境得到改善而提高了使用溫度和測量範圍；3、倒置壓縮式同時又是差分式的輸出方式，二者的結合使得傳感器的可靠性得到很明顯的提高，溫度曲線的誤差縮小到5％左右；4、本發明是頂端輸出形式，適用於測量空間較小的場合，為測量提供了極大的方便；


圖1為480℃高溫差分式壓電加速度計的結構示意圖。
圖2為本實施方式的尺寸圖。
圖3為本實施方式的實物照片圖。
具體實施例方式
頂端輸出的480℃高溫差分式壓電加速度計底座、安裝座和輸出端外殼採用高溫合金鋼進行加工，在高溫下具有較強的抗氧化性能和導電性能。內部質量塊用高比重合金加工，其兩平面度、平行度、粗糙度都小於0.002mm。而絕緣片使用85氧化鋁陶瓷，其加工精度與高比重合金質量塊一致。壓電晶體使用經過特殊加工和工藝處理後的單晶(切型為XZ切型，無熱釋電效應)或者居裡溫度大於900℃以上的壓電陶瓷(損耗小於5％，動態d33隨溫度變化誤差小於5％，靜態d33大於20pC/N)。密封材料用7070玻璃燒結。
權利要求
1.一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，使用倒置中心壓縮式的結構，包括底座(1)、預緊機構(2)、質量塊(3)、絕緣片(4)、壓電晶體或壓電陶瓷片(5)、插針(6)、安裝座(7)、絕緣密封裝置(8)、輸出端外殼(9)，其特徵在於預緊機構(2)將壓電傳感器的質量塊(3)、絕緣片(4)、壓電晶體或壓電陶瓷片(5)和輸出端外殼剛性(9)的連接在一起，採用自鎖螺紋以防止脫落；插針(6)一端與壓電晶體或壓電陶瓷片(5)相連，另一端穿過絕緣密封裝置(8)與連接導線連接；安裝座與預緊機構(2)、質量塊(3)、絕緣片(4)和壓電晶體或壓電陶瓷片(5)剛性連接，具有很高的剛性係數以便於提高傳感器的頻率響應範圍；輸出端外殼(9)採用螺紋方式與安裝座、底座是剛性連接體，三者與大地形成迴路，對傳感器起到屏蔽作用。
2.按權利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特徵在於採用高比重合金材料作為質量塊(3)，採用高溫下具有高絕緣阻抗的無機材料作為絕緣片(4)。
3.按權利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特徵在於採用平衡差動式輸出方式。
4.按權利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特徵在於輸出端外殼(9)適用於底端輸出或頂端輸出兩種形式。
全文摘要
一種可承受480℃高溫的差分式壓電加速度計，用於航空航天、冶金等需要用於高溫振動測試的場所，屬于振動傳感器領域。它採用了高居裡溫度的壓電晶體或壓電陶瓷片作為核心敏感元件，這使得在測試溫度上可長時間持續承受480℃的高溫工作狀態。該傳感器使用倒置中心壓縮式的結構，大大改進了普通壓縮式的橫向靈敏度、基座應變靈敏度、溫度瞬變靈名度等環境參數，同時在頻率響應的範圍、溫度靈敏度的穩定性等等都具有很大幅度的提高。在加工工藝上有了進一步的提高，使得壓電晶體或壓電陶瓷片具有較高的一致性，這為採用平衡差分式的輸出結構奠定了基礎。因此該發明獨特的結構設計使得該壓電加速度計具有很強的抗外界幹擾能力。同時，該發明還具有密封性，可以防水防油的滲入，從而提高了高溫壓電加速度計的可靠性。
文檔編號G01P15/09GK1763548SQ200510030800
公開日2006年4月26日 申請日期2005年10月27日 優先權日2005年10月27日
發明者包紹明, 雒彩雲, 沈夏城 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所