專利名稱：一種智能三向加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能三向加速度傳感器。
背景技術(shù)：
振動(dòng)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(dǎo)體材料制成電阻測量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，超小型化的設(shè)計(jì)是其亮點(diǎn)，但缺點(diǎn)是受溫度的影響比較大，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)形式也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，在實(shí)際使用中較多用于低頻測量，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(zhuǎn)換元件，輸出與加速度成正比的電荷量的一次儀表。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、敏感件無源、無活動(dòng)部件、剛度大、動(dòng)態(tài)范圍寬、頻響寬、工作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已成為沖擊振動(dòng)測量技術(shù)中使用廣泛的一種傳感器。世界上作·為量值傳遞標(biāo)準(zhǔn)的高頻和中頻振動(dòng)基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器，大多采用壓電結(jié)構(gòu)。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(wěn)定性等優(yōu)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，適用于較為惡劣的環(huán)境條件，廣泛地應(yīng)用于航天、航空、兵器、船舶、紡織、農(nóng)機(jī)、車輛、電器等各系統(tǒng)的振動(dòng)、沖擊測試、信號(hào)分析、機(jī)械動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境模態(tài)試驗(yàn)、振動(dòng)校準(zhǔn)、工業(yè)監(jiān)測、模態(tài)分析、故障診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)等。其應(yīng)用量約占目前所用的各種加速度傳感器總數(shù)的80%左右。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明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(chǎn)品的可靠性的基礎(chǔ)上，盡可能減小體積，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(nèi)蓋、外殼、上蓋、電路板、定位支柱、弓丨線、輸出插座和自檢插座；所述的敏感芯體通過壓圈設(shè)在基座內(nèi)，在壓圈的下方設(shè)絕緣隔離圈將敏感芯體懸?。凰龅膬?nèi)蓋將基座封裝屏蔽在基座內(nèi)；所述的電路板通過定位支柱設(shè)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(shè)外殼，在外殼上設(shè)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(shè)上蓋。在所述的電路板上設(shè)有由若干個(gè)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；所述的高通濾波器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(zhì)量塊，所述的壓電陶瓷圍繞中心支柱設(shè)置，在壓電陶瓷外側(cè)設(shè)質(zhì)量塊，所述的緊固圈從外側(cè)緊固質(zhì)量塊。
該敏感芯體的壓電陶瓷，具有高居里點(diǎn)(470°C以上)、高壓電系數(shù)d33大于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(dá)260°C。此外，該敏感芯體采用三向剪切結(jié)構(gòu)，即在同一個(gè)方形中心支柱上，用記憶合金環(huán)(緊固圈)將三個(gè)互為垂直方向上的壓電陶瓷和質(zhì)量塊緊固在一起，體積小，可靠性好，三向相間干擾小。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的智能三向加速度傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)核心敏感件采用了具有高居里點(diǎn)(470°C以上)，d33大于450pC/N高壓電系數(shù)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(dá)260°C ；
(2)采用三向剪切結(jié)構(gòu)，在同一個(gè)方形中心支柱上，用記憶合金環(huán)將三個(gè)互為垂直方向上的壓電陶瓷和質(zhì)量塊緊固在一起，工藝新，體積小，可靠性好，三向相間干擾小；
(3)采用內(nèi)部隔離雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，最大限度的抑制外部干擾，獲得更好的抗干擾性能；
(4)在一只傳感器中，分別在互為垂直的三個(gè)方向上，均輸出兩個(gè)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(gè)傳感器信號(hào)的精度和可靠性。


圖I是智能三向加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意 圖2是智能三向加速度傳感器的電路原理示意 圖3是敏感芯體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明，本具體實(shí)施方式
在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，應(yīng)理解這些方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。如圖I所示，智能三向加速度傳感器，包括基座I、敏感芯體2、絕緣隔離圈3、壓圈
4、內(nèi)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，然后用帶孔的內(nèi)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(nèi)蓋5上的孔焊接到電路板8的輸入端，將裝有兩個(gè)自檢插座13和輸出插座12的外殼6裝在基座I上，并將電路板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，最后將上蓋7用四個(gè)螺釘與外殼6和基座I固定在一起。其中，敏感芯體2為具有高居里點(diǎn)(470°C以上)，d33大于450 pC/N高壓電系數(shù)的壓電陶瓷，基座
I、、壓圈4、內(nèi)蓋5和定位支柱10優(yōu)選采用金屬材料。在電路板8上是有由若干個(gè)元器件9組成的電路,如圖2所示,包括電荷放大電路、高通濾波器電路、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、高通濾波器電路、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；高通濾波器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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大；自檢電壓信號(hào)經(jīng)由一電容模擬為電荷信號(hào)，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行檢測。自檢信號(hào)輸入端采用低噪音、高阻抗(輸入阻抗達(dá)1012以上)的運(yùn)算放大器來保證整個(gè)電路完全符合設(shè)計(jì)要求。
高通濾波器電路用于濾除不需要的低頻成分。低通濾波器電路用于濾除不需要的高頻成分。偏置電路用于提供所需的零位電壓。限幅電路用于設(shè)定所需的限幅電壓，具體電路根據(jù)實(shí)際需要可作適當(dāng)調(diào)整。放大器用于放大、調(diào)整、輸出信號(hào)。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(zhì)量塊24，壓電陶瓷23圍繞方形中心支柱22設(shè)置，在壓電陶瓷23外側(cè)設(shè)質(zhì)量塊24，緊固圈21從外側(cè)緊固質(zhì)量塊24。該壓電陶瓷23，具有高居里點(diǎn)(470°C以上)、高壓電系數(shù)d33大于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(dá)260°C。此外，該敏感芯體采用三向剪切結(jié)構(gòu)，即在同一個(gè)方形中心支柱22上，用記憶合金環(huán)(緊固圈21)將三個(gè)互為垂直方向上的壓電陶瓷23和質(zhì)量塊24緊固在一起，體積小，可靠性好，三向相間干擾小。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(dòng)傳遞給該傳感器，傳感器內(nèi)的質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力作用到壓電陶瓷器件，從而在壓電陶瓷表面產(chǎn)生與此作用力成正比的高阻電荷信號(hào)，此電荷信號(hào)通過引線連接到電路板上的輸入端，然后分別經(jīng)過電荷放大電路轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥桦妷盒盘?hào)，在經(jīng)過高、低通濾波電路濾除不需要的高頻和低頻成分，最后通過限幅放大電路輸出。 該智能三向加速度傳感器，內(nèi)部敏感芯體采用隔離雙屏蔽，具有良好的抗干擾性能；集成度高，一個(gè)傳感器相當(dāng)與一個(gè)多通道振動(dòng)檢測系統(tǒng)，體積??；同時(shí)省卻了大量的外部電纜，可靠性高；帶自檢功能，確保系統(tǒng)能可靠工作。本發(fā)明是組合了兩個(gè)不同靈敏度的三向壓電加速度計(jì)為一體的加速度傳感器，及在X、Y、Z三個(gè)互為垂直的方向上有高低兩種靈敏度輸出，內(nèi)裝調(diào)節(jié)放大濾波等電路，且具有自檢功能，它是為同時(shí)測量一點(diǎn)上互為垂直的xyz三軸向上的兩種量程的低頻的振動(dòng)加速度而專門設(shè)計(jì)的。具有創(chuàng)新的三向剪切結(jié)構(gòu)，便于安裝調(diào)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部隔離雙屏蔽結(jié)構(gòu)提高抗干擾能力，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(yōu)良的橫向特性，因此低頻振動(dòng)測量中，尤其是需測量在同一點(diǎn)的多個(gè)不同方向上加速度分量的實(shí)驗(yàn)中有重要用途，它也可以用于大型結(jié)構(gòu)大沖擊的動(dòng)態(tài)監(jiān)測儀表系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種智能三向加速度傳感器，其特征在于包括基座(I)、敏感芯體(2)、絕緣隔離圈(3)、壓圈(4)、內(nèi)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(shè)在基座(I)內(nèi)，在壓圈(4)的下方設(shè)絕緣隔離圈(3)將敏感芯體(2)懸浮；所述的內(nèi)蓋(5)將基座(I)封裝屏蔽在基座(I)內(nèi)；所述的電路板(8)通過定位支柱(10)設(shè)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(shè)外殼(6)，在外殼(6)上設(shè)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(shè)上蓋(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能三向加速度傳感器，其特征在于在所述的電路板(8)上設(shè)有由若干個(gè)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；所述的高通濾波器與電荷放大電路和加載自檢電路分別相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能三向加速度傳感器，其特征在于所述的敏感芯體(2)為壓電陶瓷敏感芯體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的智能三向加速度傳感器，其特征在于所述的敏感芯體(2)包括緊固圈(21)、中心支柱(22)、壓電陶瓷(23)和質(zhì)量塊(24)，所述的壓電陶瓷(23)圍繞中心支柱(22)設(shè)置，在壓電陶瓷(23)外側(cè)設(shè)質(zhì)量塊(24)，所述的緊固圈(21)從外側(cè)緊固質(zhì)量塊(24)。
全文摘要
本發(fā)明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(nèi)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(shè)在基座內(nèi)，在壓圈的下方設(shè)絕緣隔離圈將敏感芯體懸??；所述的內(nèi)蓋將基座封裝屏蔽在基座內(nèi)；所述的電路板通過定位支柱設(shè)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(shè)外殼，在外殼上設(shè)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(shè)上蓋。該傳感器，靈敏度高，使用溫度可達(dá)260℃；體積小，可靠性好，三向間干擾小，性能優(yōu)越；具有自檢功能，保證整個(gè)傳感器信號(hào)的精度和可靠性。
文檔編號(hào)G01P15/09GK102901841SQ20121043020
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者劉建國, 朱玲, 沈國揚(yáng) 申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司