專利名稱：一種沖擊式壓電加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及壓電加速度傳感器，具體涉及ー種兼有開關(guān)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(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前加速度傳感器的輸出一般分為模擬量輸出和開關(guān)量輸出，比如壓電加速度傳感器和加速度閾值開關(guān)，這兩種輸出模式的傳感器各有優(yōu)缺點。在ー些特殊場合依靠單ー輸出模式的傳感器已經(jīng)不能滿足使用要求。將模擬量輸出傳感器的特點和開關(guān)量傳感器輸 出的特點結(jié)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(guān)量輸出的加速度傳感器還很少。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種沖擊式壓電加速度傳感器，同時兼有開關(guān)量輸出特性和模擬量輸出特性。本發(fā)明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(jié)構(gòu)，其中心有圓形過孔；基座芯為倒T型圓柱臺階結(jié)構(gòu)，臺階結(jié)構(gòu)的臺階面上設(shè)有環(huán)形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質(zhì)量塊、壓電材料、基座芯和絕緣螺母，其中，壓電材料和質(zhì)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(huán)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(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，底座空腔的底部設(shè)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(guān)系為十字弾性梁水平設(shè)置于壓電模塊中質(zhì)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(nèi)使壓電模塊整體位于空腔結(jié)構(gòu)之中，絕緣螺母的上端面與上蓋的內(nèi)表面抵觸，使十字弾性梁彎曲變形并產(chǎn)生ー個預(yù)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(guān)位移；信號線由壓電材料的正極經(jīng)過質(zhì)量塊、十字弾性梁和上蓋引出；地線由壓電材料的負極經(jīng)過基座芯引出。工作原理本發(fā)明的壓電加速度傳感器的開關(guān)量特性體現(xiàn)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(fā)生碰撞，產(chǎn)生信號輸出。開關(guān)響應(yīng)時間由十字弾性簧的剛度和開關(guān)位移的大小決定。本發(fā)明的壓電加速度傳感器的模擬量特性體現(xiàn)在壓電模塊與沖擊墊碰撞產(chǎn)生的信號為連續(xù)的模擬信號。當本發(fā)明的壓電加速度傳感器在作用方向受到?jīng)_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(yù)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(fā)生碰撞，傳感器不會有信號輸出。當慣性カ大于預(yù)壓抗カ時，壓電模塊將克服十字弾性梁的預(yù)壓抗力，向下運動，接著會產(chǎn)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(nèi)，壓電模塊的運動位移小于開關(guān)位移，不會與沖擊墊發(fā)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(guān)位移，與沖擊墊發(fā)生碰撞，壓電模塊上的質(zhì)量塊給壓電材料施加一個向下的慣性力，使傳感器產(chǎn)生ー個連續(xù)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、本發(fā)明通過十字弾性梁支撐壓電模塊，利用上蓋給彈性梁預(yù)壓抗力，使加速度傳感器同時具有開關(guān)的特性；2、本發(fā)明利用壓電模塊與沖擊墊相碰,從而產(chǎn)生一個連續(xù)的模擬量輸出，因此傳感器兼有開關(guān)和模擬量輸出的特性；3、本發(fā)明中開關(guān)響應(yīng)時間由十字弾性簧的剛度和開關(guān)位移的大小決定，因此開關(guān) 響應(yīng)時間可根據(jù)實際需要方便的調(diào)整。


圖I是本發(fā)明沖擊式壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2是本發(fā)明中十字弾性梁的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I一十字彈性梁、2—質(zhì)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(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。如附圖I表示，本發(fā)明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(jié)構(gòu)，其中心有圓形過孔；基座芯6為倒T型圓柱臺階結(jié)構(gòu)，臺階結(jié)構(gòu)的臺階面上設(shè)有環(huán)形槽，臺階面上的圓柱表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質(zhì)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(zhì)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(huán)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(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，底座5空腔的底部設(shè)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(guān)系為十字弾性梁I水平設(shè)置于壓電模塊中質(zhì)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(nèi)使壓電模塊整體位于空腔結(jié)構(gòu)之中，絕緣螺母7的上端面與上蓋8的內(nèi)表面抵觸，使十字弾性梁彎曲變形并產(chǎn)生ー個預(yù)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(guān)位移；信號線9由壓電材料3的正極經(jīng)過質(zhì)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(jīng)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生響應(yīng)；直到壓電模塊與沖擊墊4發(fā)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(yīng)可知，壓電傳感器產(chǎn)生 輸出響應(yīng)信號。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)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(jié)構(gòu)，其中心有圓形過孔；基座芯(6)為倒T型圓柱臺階結(jié)構(gòu)，臺階結(jié)構(gòu)的臺階面上設(shè)有環(huán)形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質(zhì)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(zhì)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(huán)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(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，底座(5)空腔的底部設(shè)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(guān)系為十字弾性梁(I)水平設(shè)置于壓電模塊中質(zhì)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(nèi)使壓電模塊整體位于空腔結(jié)構(gòu)之中，絕緣螺母(7)的上端面與上蓋(8)的內(nèi)表面抵觸，使十字弾性梁彎曲變形并產(chǎn)生ー個預(yù)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(guān)位移；信號線(9)由壓電材料(3)的正極經(jīng)過質(zhì)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(jīng)過基座芯引出。
2.如權(quán)利要求I所述的沖擊式壓電加速度傳感器，其特征是所述傳感器的開關(guān)響應(yīng)時間由十字彈性簧(I)的剛度和開關(guān)位移的大小決定。
3.如權(quán)利要求I或2所述的沖擊式壓電加速度傳感器，其特征是所述十字弾性梁(I)的材料為鈹青銅。
4.如權(quán)利要求I或2所述的沖擊式壓電加速度傳感器，其特征是所述壓電材料(3)為PVDF膜或壓電陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沖擊式壓電加速度傳感器，屬于沖擊振動技術(shù)領(lǐng)域。傳感器包括十字彈性梁、質(zhì)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(zhì)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(yù)壓抗力，只有傳感器受到的慣性力大于預(yù)壓抗力時，十字彈性梁才會運動，因此傳感器具有開關(guān)的特性。當壓電模塊與沖擊墊發(fā)生碰撞，傳感器輸出模擬量加速度信號。本發(fā)明的壓電加速度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)位移可調(diào)、輸出信號特征明顯、易于后續(xù)處理的特點。
文檔編號G01H11/08GK102798460SQ20121027997
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者石庚辰, 于潤祥, 隋麗, 王俊, 張有進, 彭洪生 申請人:北京理工大學