一種沖擊式壓電加速度傳感器制造技術

本發明專利技術涉及一種沖擊式壓電加速度傳感器，屬于沖擊振動技術領域。傳感器包括：十字彈性梁、質量塊、壓電材料、沖擊墊、底座、基座芯、絕緣螺母、限位蓋和引線。其中質量塊、壓電材料、基座芯組成壓電模塊。十字彈性梁支撐壓電模塊，并由限位蓋給十字彈性梁一個預壓抗力，只有傳感器受到的慣性力大于預壓抗力時，十字彈性梁才會運動，因此傳感器具有開關的特性。當壓電模塊與沖擊墊發生碰撞，傳感器輸出模擬量加速度信號。本發明專利技術的壓電加速度傳感器具有結構簡單、開關位移可調、輸出信號特征明顯、易于后續處理的特點。

【技術實現步驟摘要】

專利技術涉及壓電加速度傳感器，具體涉及ー種兼有開關量和模擬量輸出特性的壓電加速度傳感器，屬于沖擊振動

技術介紹
目前加速度傳感器的輸出一般分為模擬量輸出和開關量輸出，比如壓電加速度傳感器和加速度閾值開關，這兩種輸出模式的傳感器各有優缺點。在ー些特殊場合依靠單ー輸出模式的傳感器已經不能滿足使用要求。將模擬量輸出傳感器的特點和開關量傳感器輸 出的特點結合起來，可以滿足某些特殊場合測試的需要，但目前同時兼有模擬量和開關量輸出的加速度傳感器還很少。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種沖擊式壓電加速度傳感器，同時兼有開關量輸出特性和模擬量輸出特性。本專利技術的沖擊式壓電加速度傳感器包括十字彈性梁、壓電模塊、沖擊墊、底座、上蓋、正極引線和負極引線，其中十字弾性梁為十字形平面結構，其中心有圓形過孔；基座芯為倒T型圓柱臺階結構，臺階結構的臺階面上設有環形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質量塊、壓電材料、基座芯和絕緣螺母，其中，壓電材料和質量塊順序套裝在基座芯的臺階面上，絕緣螺母與基座芯上圓柱表面的螺紋段固定連接，絕緣螺母的底部伸入基座芯的臺階面上的環形槽中，絕緣螺母將壓電材料的兩個電極進行隔離絕緣；底座和上蓋通過螺紋配合組成傳感器的外殼，其內部為空腔結構，底座空腔的底部設有沖擊墊，底座上具有螺紋的臺階面與上蓋的底面之間留有間隙；其整體連接關系為十字弾性梁水平設置于壓電模塊中質量塊的上表面與絕緣螺母凸臺的下表面之間，并且絕緣螺母的下端穿過十字弾性梁的圓形過孔；十字弾性梁的四個端部平面卡裝在底座與上蓋之間的間隙內使壓電模塊整體位于空腔結構之中，絕緣螺母的上端面與上蓋的內表面抵觸，使十字弾性梁彎曲變形并產生ー個預壓抗力，壓電模塊的基座芯與沖擊墊之間留有間隙，此間隙為開關位移；信號線由壓電材料的正極經過質量塊、十字弾性梁和上蓋引出；地線由壓電材料的負極經過基座芯引出。工作原理本專利技術的壓電加速度傳感器的開關量特性體現在只有傳感器所受到的沖擊加速度達到一定閾值的時候，壓電模塊才能運動，與沖擊墊發生碰撞，產生信號輸出。開關響應時間由十字弾性簧的剛度和開關位移的大小決定。本專利技術的壓電加速度傳感器的模擬量特性體現在壓電模塊與沖擊墊碰撞產生的信號為連續的模擬信號。當本專利技術的壓電加速度傳感器在作用方向受到沖擊加速度時，壓電模塊受到ー個與沖擊加速度作用方向相反的慣性カ的作用。當慣性カ小于十字弾性梁的預壓抗カ時，壓電模塊靜止不動，此時壓電模塊不會與沖擊墊發生碰撞，傳感器不會有信號輸出。當慣性カ大于預壓抗カ時，壓電模塊將克服十字弾性梁的預壓抗力，向下運動，接著會產生以下兩種情況之ー (I)當沖擊加速度的作用時間較短時，壓電模塊的運動時間有限，在慣性カ的作用時間內，壓電模塊的運動位移小于開關位移，不會與沖擊墊發生碰撞，傳感器不會有信號輸出。(2)當沖擊加速度的作用時間較長時，壓電模塊的運動位移大于開關位移，與沖擊墊發生碰撞，壓電模塊上的質量塊給壓電材料施加一個向下的慣性力，使傳感器產生ー個連續的模擬量輸出，輸出的大小與沖擊加速度的幅值有夫。有益效果I、本專利技術通過十字弾性梁支撐壓電模塊，利用上蓋給彈性梁預壓抗力，使加速度傳感器同時具有開關的特性；2、本專利技術利用壓電模塊與沖擊墊相碰,從而產生一個連續的模擬量輸出，因此傳感器兼有開關和模擬量輸出的特性；3、本專利技術中開關響應時間由十字弾性簧的剛度和開關位移的大小決定，因此開關 響應時間可根據實際需要方便的調整。附圖說明圖I是本專利技術沖擊式壓電加速度傳感器結構剖面圖；圖2是本專利技術中十字弾性梁的結構示意圖。其中，I一十字彈性梁、2—質量塊、3—壓電材料、4ー沖擊墊、5-底座、6—基座芯、7—絕緣螺母、8—上蓋、9 一イ目號線、10 一地線。具體實施例方式下面結合附圖并舉實施例，對本專利技術進行詳細描述。如附圖I表示，本專利技術的沖擊式壓電加速度傳感器包括十字弾性梁I、壓電模塊、沖擊墊4、底座5、上蓋8、正極引線9和負極引線10，其中十字弾性梁I為十字形平面結構，其中心有圓形過孔；基座芯6為倒T型圓柱臺階結構，臺階結構的臺階面上設有環形槽，臺階面上的圓柱表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質量塊2、壓電材料3、基座芯6和絕緣螺母7，其中，壓電材料3和質量塊2順序套裝在基座芯6的臺階面上，絕緣螺母7與基座芯6上圓柱表面的螺紋段固定連接，絕緣螺母7的底部伸入基座芯6的臺階面上的環形槽中，絕緣螺母7將壓電材料3的兩個電極進行隔離絕緣；底座5和上蓋8通過螺紋配合組成傳感器的外殼，其內部為空腔結構，底座5空腔的底部設有沖擊墊4，底座5上具有螺紋的臺階面與上蓋8的底面之間留有間隙；其整體連接關系為十字弾性梁I水平設置于壓電模塊中質量塊2的上表面與絕緣螺母7凸臺的下表面之間，并且絕緣螺母7的下端穿過十字弾性梁I的圓形過孔；十字弾性梁I的四個端部平面卡裝在底座5與上蓋8之間的間隙內使壓電模塊整體位于空腔結構之中，絕緣螺母7的上端面與上蓋8的內表面抵觸，使十字弾性梁彎曲變形并產生ー個預壓抗力，壓電模塊的基座芯6與沖擊墊4之間留有間隙，此間隙為開關位移；信號線9由壓電材料3的正極經過質量塊2、十字弾性梁I和上蓋8引出；地線10由壓電材料3的負極經過基座芯引出。其中，十字弾性梁I由鈹青銅制成，壓電材料3可以采用PVDF膜或壓電陶瓷，質量塊2由不銹鋼制成。由于絕緣螺母7將十字弾性梁I固定在基座芯6上，當慣性力足以使壓電模塊克服十字弾性梁I的抗カ時，將向下運動。在運動過程中，質量塊2、壓電材料3、基座芯6的相対速度為零，作用在壓電材料3上的合力為零，因此不會產生響應；直到壓電模塊與沖擊墊4發生碰撞時，此時壓電材料3受到的合力不再為零，由壓電效應可知，壓電傳感器產生 輸出響應信號。綜上所述，以上僅為本專利技術的較佳實施例而已，并非用于限定本專利技術的保護范圍。凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。權利要求1.ー種沖擊式壓電加速度傳感器，其特征是，包括十字弾性梁(I)、壓電模塊、沖擊墊(4)、底座(5)、上蓋(8)、正極引線(9)和負極引線(10)，其中十字弾性梁(I)為十字形平面結構，其中心有圓形過孔；基座芯(6)為倒T型圓柱臺階結構，臺階結構的臺階面上設有環形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質量塊(2)、壓電材料(3)、基座芯(6)和絕緣螺母(7)，其中，壓電材料(3)和質量塊(2)順序套裝在基座芯(6)的臺階面上，絕緣螺母(7)與基座芯(6)上圓柱表面的螺紋段固定連接，絕緣螺母(7)的底部伸入基座芯(6)的臺階面上的環形槽中，絕緣螺母(7)將壓電材料(3)的兩個電極進行隔離絕緣；底座(5)和上蓋(8)通過螺紋配合組成傳感器的外殼，其內部為空腔結構，底座(5)空腔的底部設有沖擊墊(4)，底座(5)上具有螺紋的臺階面與上蓋(8)的底面之間留有間隙； 其整體連接關系為十字弾性梁(I)水平設置于壓電模塊中質量塊(2)的上表面與絕緣螺母(7)凸臺的下表面之間，并且絕緣螺母(7)的下端穿過十字弾性梁(I)的圓形過孔；十字弾性梁(I)的四個端部平面卡裝在底座(5)與上蓋(8)之間的間隙內使壓電模塊整體位于空腔結構之中，絕緣螺母(7)的上端面與上蓋(8)的內表面抵觸，使本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種沖擊式壓電加速度傳感器，其特征是，包括十字彈性梁（1）、壓電模塊、沖擊墊（4）、底座（5）、上蓋（8）、正極引線（9）和負極引線（10），其中十字彈性梁（1）為十字形平面結構，其中心有圓形過孔；基座芯（6）為倒T型圓柱臺階結構，臺階結構的臺階面上設有環形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質量塊（2）、壓電材料（3）、基座芯（6）和絕緣螺母（7），其中，壓電材料（3）和質量塊（2）順序套裝在基座芯（6）的臺階面上，絕緣螺母（7）與基座芯（6）上圓柱表面的螺紋段固定連接，絕緣螺母（7）的底部伸入基座芯（6）的臺階面上的環形槽中，絕緣螺母（7）將壓電材料（3）的兩個電極進行隔離絕緣；底座（5）和上蓋（8）通過螺紋配合組成傳感器的外殼，其內部為空腔結構，底座（5）空腔的底部設有沖擊墊（4），底座（5）上具有螺紋的臺階面與上蓋（8）的底面之間留有間隙；其整體連接關系為：十字彈性梁（1）水平設置于壓電模塊中質量塊（2）的上表面與絕緣螺母（7）凸臺的下表面之間，并且絕緣螺母（7）的下端穿過十字彈性梁（1）的圓形過孔；十字彈性梁（1）的四個端部平面卡裝在底座（5）與上蓋（8）之間的間隙內使壓電模塊整體位于空腔結構之中，絕緣螺母（7）的上端面與上蓋（8）的內表面抵觸，使十字彈性梁彎曲變形并產生一個預壓抗力，壓電模塊的基座芯（6）與沖擊墊（4）之間留有間隙，此間隙為開關位移；信號線（9）由壓電材料（3）的正極經過質量塊（2）、十字彈性梁（1）和上蓋（8）引出；地線（10）由壓電材料（3）的負極經過基座芯引出。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：石庚辰，于潤祥，隋麗，王俊，張有進，彭洪生，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：