[0028]為了檢驗(yàn)該傳感器的測試能力，本發(fā)明人理論計(jì)算了多個(gè)敏感元件并聯(lián)后的輸出電阻，并測試了傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)、高低溫特性等指標(biāo)。其中，高低溫特性最為重要。
[0029]高溫電阻是傳感器高溫工作是否穩(wěn)定的標(biāo)志，該值的極限為10ΚΩ。傳感器的高溫電阻越大越好，而其隨溫度增加而減小。因此必須保證多個(gè)敏感元件并聯(lián)后的輸出電阻在649°C時(shí)大于10ΚΩ。根據(jù)相關(guān)公式，求得該電阻大于1ΜΩ，滿足傳感器高溫電阻的要求。
[0030]傳感器靈敏度、頻率響應(yīng)、高低溫特性測試使用的條件如下:加速度取值范圍為1?10g，頻率取值范圍為10?2500HZ，溫度取值范圍為-55?649°C。
[0031]該傳感器的靈敏度是利用中頻振動(dòng)臺(tái)，在一定加速度、一定頻率條件下測量的，并與標(biāo)準(zhǔn)傳感器進(jìn)行比較而獲得。
[0032]該測試過程執(zhí)行中國計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)JJG233-2008和美國儀器儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ISA -RP37.2 - 1982 (R1995)，測得傳感器靈敏度為0?100pC/g。
[0033]頻率響應(yīng)測試也執(zhí)行以上標(biāo)準(zhǔn)，在一定溫度、一定加速度條件下測試不同頻率時(shí)的靈敏度。測試頻率按照10Hz的倍頻增長。
[0034]結(jié)果表明，傳感器在10?2500 HZ的頻率響應(yīng)誤差小于5%。因此，該傳感器的靈敏度具有良好的頻率穩(wěn)定性。
[0035]高低溫特性主要是測試傳感器靈敏度隨溫度的變化，在一定頻率、一定加速度條件下測試不同溫度時(shí)的靈敏度。
[0036]結(jié)果表明，傳感器靈敏度隨溫度(-55?649°C )的變化幅度小于5%。因此，該傳感器的靈敏度具有良好的溫度穩(wěn)定性。
[0037]以下進(jìn)一步列舉出一些示例性的實(shí)施例以更好地說明本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明詳述的上述實(shí)施方式，及以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外，下述工藝參數(shù)中的具體配比、時(shí)間、溫度等也僅是示例性，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述限定的范圍內(nèi)選擇合適的值。
[0038]以硅酸鎵鉭鈣(CTGS)傳感器為例。本發(fā)明包括以下步驟:
(1)選用CTGS為傳感器的敏感元件材料，屬于結(jié)構(gòu)有序型LGS系列晶體，其化學(xué)式為Ca3TaGa3Si2014，屬三方晶系，空間群P321，點(diǎn)群32 ；
(2)定向CTGS單晶并將其加工成多個(gè)具有特定切型的圓環(huán)片，該傳感器選擇敏感元件的正壓縮模式；
(3)采用最普遍的形式來組裝傳感器。該傳感器主要包括底座、外殼、連接器三部分。底座上設(shè)有與之垂直的支柱，首先將下絕緣片、下電極、多個(gè)敏感元件、上電極、上絕緣片、質(zhì)量塊依次套入支柱；接著，在最上端旋上螺母并固定；最后，將底座與外殼、連接器密封；
(4)根據(jù)CTGS的高溫電阻率計(jì)算多個(gè)敏感元件并聯(lián)后的高溫電阻。高溫電阻是傳感器高溫工作是否穩(wěn)定的標(biāo)志，該值的極限為10ΚΩ。傳感器的高溫電阻越大越好，而電阻率隨溫度增加而減小，滿足Arrhennius公式(p = ρ。exp (Ea/kBT)，ρ。是無限高溫時(shí)的電阻率，Ea是激活能，kB是玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度)。因此必須保證多個(gè)敏感元件并聯(lián)后的輸出電阻在649°C時(shí)大于10ΚΩ。CTGS在649°C的電阻率數(shù)量級(jí)為108Ω.cm，根據(jù)電阻與電阻率的關(guān)系(R= Pl/A，R為電阻，1為材料的厚度，A為材料的面積)，并考慮多個(gè)敏感元件的并聯(lián)關(guān)系，計(jì)算得出的電阻大于1ΜΩ，滿足傳感器高溫電阻的要求；
(5)為了檢驗(yàn)該傳感器的測試能力，測試了傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)、高低溫特性等指標(biāo)。傳感器的靈敏度是利用中頻振動(dòng)臺(tái)，在5.04g加速度、160HZ頻率條件下測量，并與標(biāo)準(zhǔn)傳感器進(jìn)行比較而獲得。該過程執(zhí)行中國計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)JJG233-2008和美國儀器儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ISA - RP37.2 - 1982 (R1995)，標(biāo)準(zhǔn)傳感器為中航工業(yè)成都凱天電子股份有限公司所有，序列號(hào)為352M207-sn3587，振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)為美國MB公司W(wǎng)in475校準(zhǔn)系統(tǒng)，校準(zhǔn)程序?yàn)镴ElOOOfre。結(jié)果測得感器靈敏度為5.244 pC/g ；
(6)頻率響應(yīng)測試也執(zhí)行以上標(biāo)準(zhǔn)，在室溫、5.04g加速度(10Hz時(shí)為lg)條件下進(jìn)行測試，按照10Hz的倍頻增長其測試頻率。測試結(jié)果如圖1，由圖可知，傳感器在10?2500HZ的頻率響應(yīng)誤差小于5%，其最大誤差是在20HZ的3.17%。因此，該傳感器的靈敏度具有良好的頻率穩(wěn)定性；
(7)高低溫特性主要是測試傳感器靈敏度隨溫度的變化。該測試的測試溫度范圍為-55°C?649°C，條件為5.04g加速度、160HZ頻率。測試結(jié)果如圖2，由圖可知，傳感器的靈敏度隨溫度的變化幅度小于5%，其最大誤差是在-40°C與649°C的3.82%。因此，該傳感器的靈敏度具有良好的溫度穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫加速度傳感器，其特征在于，所述高溫加速度傳感器以結(jié)構(gòu)有序型壓電晶體 Sr3NbGa3Si2014、Sr3TaGa3Si2014、Ca3NbGa3Si2014 和 / 或 Ca3TaGa3Si2014 作為敏感元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫加速度傳感器，其特征在于，所述構(gòu)成敏感元件的材料屬于三方晶系，空間群P321，點(diǎn)群32。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫加速傳感器，其特征在于，所述敏感元件的形狀為方形、圓形或圓環(huán)形。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的高溫加速度傳感器，其特征在于，所述敏感元件單獨(dú)使用或多個(gè)敏感元件并聯(lián)使用。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的高溫加速度傳感器，其特征在于，所述高溫加速度傳感器使用敏感元件的正壓縮模式或剪切模式。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的高溫加速度傳感器，其特征在于，所述高溫加速度傳感器工作溫度為-55-649°C，工作頻率為10-2500HZ，能夠在l_10g加速度下工作。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的高溫加速度傳感器，其特征在于，所述高溫加速度傳感器的誤差=10%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫加速度傳感器，所述高溫加速度傳感器以結(jié)構(gòu)有序型壓電晶體Sr3NbGa3Si2O14、Sr3TaGa3Si2O14、Ca3NbGa3Si2O14和/或Ca3TaGa3Si2O14作為敏感元件。
【IPC分類】G01P15/09
【公開號(hào)】CN105334348
【申請?zhí)枴緾N201410403085
【發(fā)明人】林全明, 鄭燕青, 涂小牛, 孔海寬, 熊開南, 李亞喬, 施爾畏
【申請人】中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所, 上海硅酸鹽研究所中試基地
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月15日