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：
本實(shí)用新型屬于傳感器技術(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。

實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)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(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，本實(shí)用新型采用的技術(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、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。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(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。[0009]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，本實(shí)用新型的智能三向加速度傳感器具有如下優(yōu)
點(diǎn)(I)核心敏感件采用了具有高居里點(diǎn)(470°C以上)，d33大于450 pC/N高壓電系數(shù)的壓電陶瓷，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??；(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倉泛;(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1是智能三向加速度傳感器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，本具體實(shí)施方式
在以本實(shí)用新型技術(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實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。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(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
1、、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(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?。煌瑫r(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。本實(shí)用新型是組合了兩個(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?。凰龅膬?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1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；所述的高通濾波電路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1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1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)。
專利摘要本實(shí)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(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?。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。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)G01P15/09GK202994824SQ201220570529
公開日2013年6月12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