專利名稱：四芯電壓輸出壓電加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供一種四芯壓電加速度計，是一種通過對壓電加速
度計內(nèi)置集成電路提供±2.5V~± 18V電壓后可以得到電壓靈敏度約 為50mv/g的壓電加速度計，屬于振動檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于該壓電加速度計內(nèi)置電路，因此在傳感器內(nèi)部已經(jīng)將電荷信 號轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，因此具有較強的抗干擾能力。并且通過集成 電路的放大功能進行調(diào)整，可以將壓電加速度計的輸出靈敏度調(diào)整在 10mV 100mV的任意數(shù)值，這可以根據(jù)實際需求來進行設(shè)置，起到 了歸一信號的作用，節(jié)省了大量后置二次儀表的調(diào)整時間。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的在于提供一種四芯壓電加速度計，提供的輸出靈 敏度在10mV 100mV任意可調(diào)，以解決二次儀表不易調(diào)整的技術(shù)困 難。
本實用新型一共涉及到9個零部件組裝而成，分別是l一外殼、2 —插針、3—絕緣件、4一固定螺母、5—底座、6—質(zhì)量塊、7—壓電片、8—預緊套、9"電荷轉(zhuǎn)換器；其特征在于
插針(2)共有四根，編號為1、 2、 3、 4,分別外接正電源、外 接負電源、傳感器輸出值、接地；
預緊套(8)將壓電片(7)、質(zhì)量塊(6)和底座(5)剛性固定， 并通過固定螺母(4)將電荷轉(zhuǎn)換器(9)固定在質(zhì)量塊(6)上；
壓電片(7)的電信號通過質(zhì)量塊、預緊套再經(jīng)導線焊接到電荷轉(zhuǎn) 換器上，而電荷轉(zhuǎn)化器又有四根導線按照既定的1、 2、 3、 4編號順 序的焊接到插針上，最終通過外殼(1)將整個傳感器屏蔽保護，傳 感器仍保持較強的剛性連接。
外殼，是壓電加速度計的上部分外殼，它是壓電加速度計的主要 元件之一，需用不銹鋼類鋼材加工，對壓電加速度計的外界干擾信號 進行屏蔽的作用。由于需要美觀，因此加工的精度應(yīng)當盡量提高。但 由于在實用性上便于安裝和攜帶，則加工了部分滾花。其具體的長寬 高尺寸根據(jù)實際需要來確定，而輸出端的螺紋連接口是與專用傳感器 導線連接用，可以是M12、 M10或者M8等中的一種，見圖l。
插針，傳感器的輸出和輸入的連接部分。在該傳感器中， 一共有 四根插針，編號為1、 2、 3、 4，用途是外接正電源、外接負電源、 傳感器輸出值、接地。也即是外接正負電源和接地向傳感器內(nèi)置的電 荷轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)壓直流電壓，其值在士2.5V 土18V之間。輸出端相 對于地則輸出與測試的振動頻率相一致的交流電壓信號。其中接地一 端與傳感器的外殼相通，起屏蔽外界干擾作用。另外，該插針由于需 要起到電信號的輸入輸出作用，因此宜釆用銅材料來加工，并且鍍金。這樣既保證了其電信號傳輸性能，又便于插針后端與導線進行焊接， 更有美觀的作用。
絕緣件，是四根插針的之間起絕緣作用，并且也是固定其插針的 重要部件。考慮到傳感器的剛性，該材料應(yīng)該用硬度較高的工程塑料。 固定方式是一端靠外殼的一個臺階，另一端依靠另一零部件4一固定 螺母來固定。該零件宜采用壓塑的方式將插針和塑料一起壓制成一個 零件，這樣既方便安裝，又能保證精度，同時更能降低成本。壓塑的
零件圖見圖3所示。
固定螺母，用以將注塑的零件固定，采用螺紋的方式，并且在表 面開兩孔以便用專用夾具進行固定。由于外殼內(nèi)部空間十分有限，并
且需要盡量降低質(zhì)量，因此該零件設(shè)計成環(huán)狀。如圖4所示底座， 是壓電加速度計的最基本部件，也是最容易影響傳感器參數(shù)的零部
件。要求該零件需要用不銹鋼類材料加工。該零件與6—質(zhì)量塊是同
一材料一次加工形成的。由于是采用環(huán)形的方式預緊，因此必須保持 好裝配后的圓度。因此每次加工該零件后要與質(zhì)量塊一起包裝起來， 切忌混淆。底座上與壓電片相接觸的兩平面需要較高的平面度、平行
度，以確保傳感器的頻響曲線光滑和較高的諧振頻率。見圖5所示 質(zhì)量塊，是決定壓電加速度計輸出大小的關(guān)鍵零件，根據(jù)壓電加速度
計的靈敏度近似公式^"^"W可知，當壓電片的壓電系數(shù)固定之后， 傳感器電荷靈敏度與質(zhì)量塊的大小成正比。由于與底座是一同加工，
因此具有很好的圓度確保預緊力均勻。見圖5所示。
壓電片，是壓電加速度計的核心敏感元件，采用PZT5壓電陶瓷材料的15方向，依靠剪切力產(chǎn)生與之成正比的電信號。壓電系數(shù)d15 應(yīng)該大于200，距離溫度大于250攝氏度。加工的兩平面確保較高精 度的平面度和平行度。如圖6所示。
預緊套，傳感器的預緊力依靠預緊套。由于預緊力是依靠該材料 的過盈量而產(chǎn)生的，因此該材料一定要用高彈性材料的加工，如鈹青 銅。見圖7所示。
電荷轉(zhuǎn)換器，是將壓電加速度計輸出的電荷信號轉(zhuǎn)化為電壓信號 進行輸出的電路，并且還具有歸一輸出的作用。該電荷轉(zhuǎn)換器實際上 是由積分反饋的運算放大器。用運算型反饋，放大器的輸出是輸入電
流的函數(shù)。用積分運算反饋，輸出是輸入電流的積分，即9^^。故 亦稱"電荷放大器"。工作時，電荷輸入信號產(chǎn)生的放大器輸出電壓
通過反饋電容返回從而維持輸入端電壓為零或接近零。這樣，輸入電
荷儲存在反饋電容中，在該電容上產(chǎn)生的電壓等于輸入電荷除以反饋
電容器的電容。反饋電容器兩端的電壓確定了輸出電壓和輸入電荷之
間的關(guān)系。只要放大器的開環(huán)增益和輸入阻抗足夠高，該放大器的傳
遞特性(電荷增益)就近決定于反饋電容器的電容值。其電路原理圖
如圖8所示。
本發(fā)明具有信號穩(wěn)定、裝配簡單、可批量生產(chǎn)的特點，可大量應(yīng) 用于各種型號的振動檢測儀及各種測試現(xiàn)場。


圖1為外殼。圖2為插針。
圖3為注塑。
圖4為固定螺母。
圖5為底座與質(zhì)量塊。
圖6為壓電片。
圖7為預緊套。
圖8為電荷放大器原理圖。
圖9裝配圖。其中外殼(1)、插針(2)、絕緣件(3)、固定螺 母(4)、底座(5)、質(zhì)量塊(6)、壓電片(7)、預緊套(8)、電荷轉(zhuǎn) 換器(9)
具體實施方式
該傳感器的裝配結(jié)構(gòu)主要是通過8—預緊套將7—壓電片、6—質(zhì) 量塊和5—底座剛性的固定，并通過4一固定螺母將9—電荷轉(zhuǎn)換器 固定在質(zhì)量塊上。壓電片的電信號通過質(zhì)量塊、預緊套再經(jīng)導線焊接 到電荷轉(zhuǎn)換器上，而電荷轉(zhuǎn)化器又有四根導線按照既定的1、 2、 3、 4編號順序的焊接到輸出端的插針上，最終通過1—外殼將整個傳感 器屏蔽保護，傳感器仍保持較強的剛性連接。裝配圖如圖9所示。
權(quán)利要求1、四芯電壓輸出壓電加速度計，包括外殼(1)、插針(2)、絕緣件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、質(zhì)量塊(6)、壓電片(7)、預緊套(8)、電荷轉(zhuǎn)換器(9)，其特征在于插針(2)共有四根，編號為1、2、3、4，分別外接正電源、外接負電源、傳感器輸出值、接地；預緊套(8)將壓電片(7)、質(zhì)量塊(6)和底座(5)剛性固定，并通過固定螺母(4)將電荷轉(zhuǎn)換器(9)固定在質(zhì)量塊(6)上；壓電片(7)的電信號通過質(zhì)量塊、預緊套再經(jīng)導線焊接到電荷轉(zhuǎn)換器上，而電荷轉(zhuǎn)化器又有四根導線按照既定的1、2、3、4編號順序的焊接到插針上，最終通過外殼(1)將整個傳感器屏蔽保護，傳感器仍保持較強的剛性連接。
2、 按權(quán)利要求1所述的四芯電壓輸出壓電加速度計，其特征在于 絕緣件一端靠外殼的一個臺階，另一端依靠固定螺母來固定。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的四芯電壓輸出壓電加速度計，其特征 在于底座上與壓電片相接觸的兩平面平行。
4、 按權(quán)利要求1或2所述的四芯電壓輸出壓電加速度計，其特征 在于壓電片采用15方向的PZT5壓電陶瓷材料。
5、 按權(quán)利要求1或2所述的四芯電壓輸出壓電加速度計，其特征 在于預緊套用鈹青銅加工。
專利摘要本實用新型涉及一種四芯電壓輸出壓電加速度計，屬于振動檢測領(lǐng)域。本實用新型包括外殼(1)、插針(2)、絕緣件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、質(zhì)量塊(6)、壓電片(7)、預緊套(8)、電荷轉(zhuǎn)換器(9)，其特征在于插針(2)共有四根，編號為1、2、3、4，分別外接正電源、外接負電源、傳感器輸出值、接地。本實用新型具有較強的抗干擾能力，并且通過集成電路的放大功能進行調(diào)整，可以將壓電加速度計的輸出靈敏度調(diào)整在10mV～100mV的任意數(shù)值，這可以根據(jù)實際需求來進行設(shè)置，起到了歸一信號的作用，節(jié)省了大量后置二次儀表的調(diào)整時間。本實用新型具有信號穩(wěn)定、裝配簡單、可批量生產(chǎn)的特點，可大量應(yīng)用于各種型號的振動檢測儀及各種測試現(xiàn)場。
文檔編號G01H11/08GK201152880SQ20062004948
公開日2008年11月19日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者包紹明, 李玉臣, 沈夏城, 董顯林, 雒彩云 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所