一種智能三向加速度傳感器的製作方法

2023-04-22 18:47:11 1

專利名稱：一種智能三向加速度傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於傳感器技術領域，具體涉及一種智能三向加速度傳感器。
背景技術：
振動測量原理有壓阻式測量、電容式測量及壓電式測量。壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導體材料製成電阻測量電橋，其結構動態模型仍然是彈簧質量系統，超小型化的設計是其亮點，但缺點是受溫度的影響比較大，必須進行溫度補償。電容式加速度傳感器結構形式也採用彈簧質量系統，在實際使用中較多用於低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，非線性較差，量程有限，成本較高。壓電式加速度傳感器是以壓電材料為轉換元件，輸出與加速度成正比的電荷量的一次儀表。由於它具有結構簡單、敏感件無源、無活動部件、剛度大、動態範圍寬、頻響寬、工作可靠等一系列優點，目前已成為衝擊振動測量技術中使用廣泛的一種傳感器。世界上作為量值傳遞標準的高頻和中頻振動基準的標準加速度傳感器，大多採用壓電結構。由此可見，壓電式加速度傳感器具有高精度、高可靠性和長期穩定性等優良的綜合性能，且壓電式加速度傳感器量程大、頻帶寬、體積小、重量輕、安裝簡單、接線方便，適用於較為惡劣的環境條件，廣泛地應用於航天、航空、兵器、船舶、紡織、農機、車輛、電器等各系統的振動、衝擊測試、信號分析、機械動態實驗、環境模態試驗、振動校準、工業監測、模態分析、故障診斷、優化設計等。其應用量約佔目前所用的各種加速度傳感器總數的80%左右。

實用新型內容發明目的:針對現有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種智能三向加速度傳感器，以使其具有在確保產品的可靠性的基礎上，儘可能減小體積，使產品結構緊湊、堅固。技術方案:為實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案如下:一種智能三向加速度傳感器，包括基座、敏感芯體、絕緣隔離圈、壓圈、內蓋、外殼、上蓋、電路板、定位支柱、引線、輸出插座和自檢插座；所述的敏感芯體通過壓圈設在基座內，在壓圈的下方設絕緣隔離圈將敏感芯體懸浮；所述的內蓋將基座封裝屏蔽在基座內；所述的電路板通過定位支柱設在基座上，所述的電路板通過引線與敏感芯體連接；在所述的基座上設外殼，在外殼上設有輸出插座和自檢插座；所述的輸出插座與電路板相連；所述的自檢插座與敏感芯體和電路板分別相連；在所述的外殼上設上蓋。在所述的電路板上設有由若干個元器件組成的電路，所述的電路包括電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、偏置電路、放大器和限幅電路，所述的電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、偏置電路和放大器依次連接，所述的限幅電路與放大器相連；所述的高通濾波電路與電荷放大電路和加載自檢電路分別相連。所述的敏感芯體包括緊固圈、中心支柱、壓電陶瓷和質量塊，所述的壓電陶瓷圍繞中心支柱設置，在壓電陶瓷外側設質量塊，所述的緊固圈從外側緊固質量塊。[0009]該敏感芯體的壓電陶瓷，具有高居裡點(470°C以上)、高壓電係數d33大於450pC/N等特性，從而保證傳感器芯體的靈敏度高，使用溫度可達260°C。此外，該敏感芯體採用三向剪切結構，即在同一個方形中心支柱上，用記憶合金環(緊固圈)將三個互為垂直方向上的壓電陶瓷和質量塊緊固在一起，體積小，可靠性好，三向相間幹擾小。有益效果:與現有技術相比，本實用新型的智能三向加速度傳感器具有如下優
點(I)核心敏感件採用了具有高居裡點(470°C以上)，d33大於450 pC/N高壓電係數的壓電陶瓷，從而保證傳感器芯體的靈敏度高，使用溫度可達260°C ；(2)採用三向剪切結構，在同一個方形中心支柱上，用記憶合金環將三個互為垂直方向上的壓電陶瓷和質量塊緊固在一起，工藝新，體積小，可靠性好，三向相間幹擾小；(3)採用內部隔離雙層屏蔽結構，最大限度的抑制外部幹擾，獲得更好的抗幹擾性倉泛;(4)在一隻傳感器中，分別在互為垂直的三個方向上，均輸出兩個不同靈敏度的加速度；(5)具有自檢功能，高度集成電荷放大變換、高低通濾波、移位限幅電路，保證整個傳感器信號的精度和可靠性。

圖1是智能三向加速度傳感器的結構示意圖；圖2是智能三向加速度傳感器的電路原理示意圖；圖3是敏感芯體的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步闡明本實用新型，本具體實施方式
在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，應理解這些方式僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。如圖1所示，智能三向加速度傳感器，包括基座1、敏感芯體2、絕緣隔離圈3、壓圈
4、內蓋5、外殼6、上蓋7、電路板8、定位支柱10、引線11、輸出插座12和自檢插座13 ;用壓圈4將敏感芯體2固定在基座I中，中間用絕緣隔離圈3將敏感芯體2與基座I隔離，然後用帶孔的內蓋5封裝屏蔽敏感芯體2，將電路板8用定位支柱10固定在基座I上，敏感芯體2的引線11通過內蓋5上的孔焊接到電路板8的輸入端，將裝有兩個自檢插座13和輸出插座12的外殼6裝在基座I上，並將電路板8的自檢接口引線和輸出引線分別焊接到自檢插座13和輸出插座12，最後將上蓋7用四個螺釘與外殼6和基座I固定在一起。其中，敏感芯體2為具有高居裡點(470°C以上)，d33大於450 pC/N高壓電係數的壓電陶瓷，基座
1、、壓圈4、內蓋5和定位支柱10優選採用金屬材料。在電路板8上是有由若干個元器件9組成的電路,如圖2所示,包括電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波器電路、偏置電路、放大器和限幅電路，電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波器電路、偏置電路和放大器依次連接，限幅電路與放大器相連；高通濾波電路與加載自檢電路相連。電荷放大電路:將從傳感器壓電晶片傳輸過來的電荷信號轉換為電壓信號並進行放大；自檢電壓信號經由一電容模擬為電荷信號，對整個電路進行檢測。自檢信號輸入端採用低噪音、高阻抗(輸入阻抗達1012以上)的運算放大器來保證整個電路完全符合設計要求。高通濾波電路用於濾除不需要的低頻成分。低通濾波器電路用於濾除不需要的高頻成分。偏置電路用於提供所需的零位電壓。限幅電路用於設定所需的限幅電壓，具體電路根據實際需要可作適當調整。放大器用於放大、調整、輸出信號。如圖3所示，敏感芯體2包括緊固圈21、中心支柱22、壓電陶瓷23和質量塊24，壓電陶瓷23圍繞方形中心支柱22設置，在壓電陶瓷23外側設質量塊24，緊固圈21從外側緊固質量塊24。該壓電陶瓷23，具有高居裡點(470°C以上)、高壓電係數d33大於450 pC/N等特性，從而保證傳感器芯體的靈敏度高，使用溫度可達260°C。此外，該敏感芯體採用三向剪切結構，即在同一個方形中心支柱22上，用記憶合金環(緊固圈21)將三個互為垂直方向上的壓電陶瓷23和質量塊24緊固在一起，體積小，可靠性好，三向相間幹擾小。該智能三向加速度傳感器的工作過程:在待測物體上安裝好本專利傳感器，待測物體的振動傳遞給該傳感器，傳感器內的質量塊產生慣性力作用到壓電陶瓷器件，從而在壓電陶瓷表面產生與此作用力成正比的高阻電荷信號，此電荷信號通過引線連接到電路板上的輸入端，然後分別經過電荷放大電路轉變為低阻電壓信號，在經過高、低通濾波電路濾除不需要的高頻和低頻成分，最後通過限幅放大電路輸出。該智能三向加速度傳感器，內部敏感芯體採用隔離雙屏蔽，具有良好的抗幹擾性能；集成度高，一個傳感器相當與一個多通道振動檢測系統，體積小；同時省卻了大量的外部電纜，可靠性高；帶自檢功能，確保系統能可靠工作。本實用新型是組合了兩個不同靈敏度的三向壓電加速度計為一體的加速度傳感器，及在X、Y、Z三個互為垂直的方向上有高低兩種靈敏度輸出，內裝調節放大濾波等電路，且具有自檢功能，它是為同時測量一點上互為垂直的xyz三軸向上的兩種量程的低頻的振動加速度而專門設計的。具有創新的三向剪切結構，便於安裝調試結構設計、內部隔離雙屏蔽結構提高抗幹擾能力，體積小，集成度高、是一種新型的智能傳感器。各向傳感器都具有高低兩種電荷靈敏度和優良的橫向特性，因此低頻振動測量中，尤其是需測量在同一點的多個不同方向上加速度分量的實驗中有重要用途，它也可以用於大型結構大衝擊的動態監測儀表系統中。
權利要求1.一種智能三向加速度傳感器，其特徵在於:包括基座(I)、敏感芯體(2)、絕緣隔離圈(3)、壓圈(4)、內蓋(5)、外殼(6)、上蓋(7)、電路板(8)、定位支柱(10)、引線(11)、輸出插座(12)和自檢插座(13);所述的敏感芯體(2)通過壓圈(4)設在基座(I)內，在壓圈(4)的下方設絕緣隔離圈(3)將敏感芯體(2)懸浮；所述的內蓋(5)將基座(I)封裝屏蔽在基座(I)內；所述的電路板(8)通過定位支柱(10)設在基座(I)上，所述的電路板(8)通過引線(11)與敏感芯體(2)連接；在所述的基座(I)上設外殼(6)，在外殼(6)上設有輸出插座(12)和自檢插座(13);所述的輸出插座(12)與電路板(8)相連；所述的自檢插座(13)與敏感芯體(2)和電路板(8)分別相連；在所述的外殼(6)上設上蓋(7)。
2.根據權利要求1所述的智能三向加速度傳感器，其特徵在於:在所述的電路板(8)上設有由若干個元器件(9)組成的電路，所述的電路包括電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、偏置電路、放大器和限幅電路，所述的電荷放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、偏置電路和放大器依次連接，所述的限幅電路與放大器相連；所述的高通濾波電路與電荷放大電路和加載自檢電路分別相連。
3.根據權利要求1所述的智能三向加速度傳感器，其特徵在於:所述的敏感芯體(2)為壓電陶瓷敏感芯體。
4.根據權利要求1或3所述的智能三向加速度傳感器，其特徵在於:所述的敏感芯體(2)包括緊固圈(21)、中心支柱(22)、壓電陶瓷(23)和質量塊(24)，所述的壓電陶瓷(23)圍繞中心支柱(22)設置，在壓電陶瓷(23)外側設質量塊(24)，所述的緊固圈(21)從外側緊固質量塊(24)。
專利摘要本實用新型公開了一種智能三向加速度傳感器，包括基座、敏感芯體、絕緣隔離圈、壓圈、內蓋、外殼、上蓋、電路板、定位支柱、引線、輸出插座和自檢插座；所述的敏感芯體通過壓圈設在基座內，在壓圈的下方設絕緣隔離圈將敏感芯體懸浮；所述的內蓋將基座封裝屏蔽在基座內；所述的電路板通過定位支柱設在基座上，所述的電路板通過引線與敏感芯體連接；在所述的基座上設外殼，在外殼上設有輸出插座和自檢插座；所述的輸出插座與電路板相連；所述的自檢插座與敏感芯體和電路板分別相連；在所述的外殼上設上蓋。該傳感器，靈敏度高，使用溫度可達260℃；體積小，可靠性好，三向間幹擾小，性能優越；具有自檢功能，保證整個傳感器信號的精度和可靠性。
文檔編號G01P15/09GK202994824SQ201220570529
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者劉建國, 朱玲, 沈國揚 申請人:江蘇聯能電子技術有限公司