专利名称：一种冲击式压电加速度传感器的制作方法
技术领域：
发明涉及压电加速度传感器，具体涉及ー种兼有开关量和模拟量输出特性的压电加速度传感器，属于冲击振动技术领域。
背景技术：
目前加速度传感器的输出一般分为模拟量输出和开关量输出，比如压电加速度传感器和加速度阈值开关，这两种输出模式的传感器各有优缺点。在ー些特殊场合依靠单ー输出模式的传感器已经不能满足使用要求。将模拟量输出传感器的特点和开关量传感器输 出的特点结合起来，可以满足某些特殊场合测试的需要，但目前同时兼有模拟量和开关量输出的加速度传感器还很少。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种冲击式压电加速度传感器，同时兼有开关量输出特性和模拟量输出特性。本发明的冲击式压电加速度传感器包括十字弹性梁、压电模块、冲击垫、底座、上盖、正极引线和负极引线，其中十字弾性梁为十字形平面结构，其中心有圆形过孔；基座芯为倒T型圆柱台阶结构，台阶结构的台阶面上设有环形槽，台阶上圆柱的表面加工有螺纹段；压电模块包括质量块、压电材料、基座芯和绝缘螺母，其中，压电材料和质量块顺序套装在基座芯的台阶面上，绝缘螺母与基座芯上圆柱表面的螺纹段固定连接，绝缘螺母的底部伸入基座芯的台阶面上的环形槽中，绝缘螺母将压电材料的两个电极进行隔离绝缘；底座和上盖通过螺纹配合组成传感器的外壳，其内部为空腔结构，底座空腔的底部设有冲击垫，底座上具有螺纹的台阶面与上盖的底面之间留有间隙；其整体连接关系为十字弾性梁水平设置于压电�？橹兄柿靠榈纳媳砻嬗刖德菽竿固ǖ南卤砻嬷洌⑶揖德菽傅南露舜┕謴幮粤旱脑残喂祝皇謴幮粤旱乃母龆瞬科矫婵ㄗ霸诘鬃肷细侵涞募湎赌谑寡沟缒？檎逦挥诳涨唤峁怪校德菽傅纳隙嗣嬗肷细堑哪诒砻娴执ィ故謴幮粤和淝湫尾⒉`个预压抗力，压电模块的基座芯与冲击垫之间留有间隙，此间隙为开关位移；信号线由压电材料的正极经过质量块、十字弾性梁和上盖引出；地线由压电材料的负极经过基座芯引出。工作原理本发明的压电加速度传感器的开关量特性体现在只有传感器所受到的冲击加速度达到一定阈值的时候，压电�？椴拍茉硕氤寤鞯娣⑸鲎玻藕攀涑�。开关响应时间由十字弾性簧的刚度和开关位移的大小決定。本发明的压电加速度传感器的模拟量特性体现在压电模块与冲击垫碰撞产生的信号为连续的模拟信号。当本发明的压电加速度传感器在作用方向受到冲击加速度时，压电模块受到ー个与冲击加速度作用方向相反的惯性カ的作用。当惯性カ小于十字弾性梁的预压抗カ时，压电�？榫仓共欢耸毖沟缒？椴换嵊氤寤鞯娣⑸鲎玻衅鞑换嵊行藕攀涑�。当惯性カ大于预压抗カ时，压电模块将克服十字弾性梁的预压抗力，向下运动，接着会产生以下两种情况之ー (I)当冲击加速度的作用时间较短时，压电�？榈脑硕奔溆邢蓿诠咝豫淖饔檬奔淠冢沟缒？榈脑硕灰菩∮诳匚灰疲换嵊氤寤鞯娣⑸鲎玻衅鞑换嵊行藕攀涑�。(2)当冲击加速度的作用时间较长时，压电�？榈脑硕灰拼笥诳匚灰疲氤寤鞯娣⑸鲎玻沟缒？樯系闹柿靠楦沟绮牧鲜┘右桓鱿蛳碌墓咝粤Γ勾衅鞑`个连续的模拟量输出，输出的大小与冲击加速度的幅值有夫。有益效果I、本发明通过十字弾性梁支撑压电�？椋蒙细歉粤涸ぱ箍沽Γ辜铀俣却衅魍本哂锌氐奶匦裕�2、本发明利用压电�？橛氤寤鞯嫦嗯�,从而产生一个连续的模拟量输出，因此传感器兼有开关和模拟量输出的特性；3、本发明中开关响应时间由十字弾性簧的刚度和开关位移的大小决定，因此开关 响应时间可根据实际需要方便的调整。
图I是本发明冲击式压电加速度传感器结构剖面图；图2是本发明中十字弾性梁的结构示意图。其中，I一十字弹性梁、2—质量块、3—压电材料、4ー冲击垫、5-底座、6—基座芯、7—绝缘螺母、8—上盖、9 一イ目号线、10 一地线。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。如附图I表示，本发明的冲击式压电加速度传感器包括十字弾性梁I、压电�？�、冲击垫4、底座5、上盖8、正极引线9和负极引线10，其中十字弾性梁I为十字形平面结构，其中心有圆形过孔；基座芯6为倒T型圆柱台阶结构，台阶结构的台阶面上设有环形槽，台阶面上的圆柱表面加工有螺纹段；压电模块包括质量块2、压电材料3、基座芯6和绝缘螺母7，其中，压电材料3和质量块2顺序套装在基座芯6的台阶面上，绝缘螺母7与基座芯6上圆柱表面的螺纹段固定连接，绝缘螺母7的底部伸入基座芯6的台阶面上的环形槽中，绝缘螺母7将压电材料3的两个电极进行隔离绝缘；底座5和上盖8通过螺纹配合组成传感器的外壳，其内部为空腔结构，底座5空腔的底部设有冲击垫4，底座5上具有螺纹的台阶面与上盖8的底面之间留有间隙；其整体连接关系为十字弾性梁I水平设置于压电模块中质量块2的上表面与绝缘螺母7凸台的下表面之间，并且绝缘螺母7的下端穿过十字弾性梁I的圆形过孔；十字弾性梁I的四个端部平面卡装在底座5与上盖8之间的间隙内使压电�？檎逦挥诳涨唤峁怪校德菽�7的上端面与上盖8的内表面抵触，使十字弾性梁弯曲变形并产生ー个预压抗力，压电模块的基座芯6与冲击垫4之间留有间隙，此间隙为开关位移；信号线9由压电材料3的正极经过质量块2、十字弾性梁I和上盖8引出；地线10由压电材料3的负极经过基座芯引出。其中，十字弾性梁I由铍青铜制成，压电材料3可以采用PVDF膜或压电陶瓷，质量块2由不锈钢制成。由于绝缘螺母7将十字弾性梁I固定在基座芯6上，当惯性力足以使压电�？榭朔謴幮粤篒的抗カ时，将向下运动。在运动过程中，质量块2、压电材料3、基座芯6的相対速度为零，作用在压电材料3上的合力为零，因此不会产生响应；直到压电�？橛氤寤鞯�4发生碰撞时，此时压电材料3受到的合力不再为零，由压电效应可知，压电传感器产生 输出响应信号。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种冲击式压电加速度传感器，其特征是，包括十字弾性梁(I)、压电�？椤⒊寤鞯�(4)、底座(5)、上盖(8)、正极引线(9)和负极引线(10)，其中十字弾性梁(I)为十字形平面结构，其中心有圆形过孔；基座芯(6)为倒T型圆柱台阶结构，台阶结构的台阶面上设有环形槽，台阶上圆柱的表面加工有螺纹段；压电�？榘ㄖ柿靠�(2)、压电材料(3)、基座芯(6)和绝缘螺母(7)，其中，压电材料(3)和质量块(2)顺序套装在基座芯(6)的台阶面上，绝缘螺母(7)与基座芯(6)上圆柱表面的螺纹段固定连接，绝缘螺母(7)的底部伸入基座芯(6)的台阶面上的环形槽中，绝缘螺母(7)将压电材料(3)的两个电极进行隔离绝缘；底座(5)和上盖(8)通过螺纹配合组成传感器的外壳，其内部为空腔结构，底座(5)空腔的底部设有冲击垫(4)，底座(5)上具有螺纹的台阶面与上盖(8)的底面之间留有间隙； 其整体连接关系为十字弾性梁(I)水平设置于压电�？橹兄柿靠�(2)的上表面与绝缘螺母(7)凸台的下表面之间，并且绝缘螺母(7)的下端穿过十字弾性梁(I)的圆形过孔；十字弾性梁(I)的四个端部平面卡装在底座(5)与上盖(8)之间的间隙内使压电模块整体位于空腔结构之中，绝缘螺母(7)的上端面与上盖(8)的内表面抵触，使十字弾性梁弯曲变形并产生ー个预压抗力，压电�？榈幕�(6)与冲击垫(4)之间留有间隙，此间隙为开关位移；信号线(9)由压电材料(3)的正极经过质量块(2)、十字弾性梁(I)和上盖(8)引出；地线(10)由压电材料(3)的负极经过基座芯引出。
2.如权利要求I所述的冲击式压电加速度传感器，其特征是所述传感器的开关响应时间由十字弹性簧(I)的刚度和开关位移的大小決定。
3.如权利要求I或2所述的冲击式压电加速度传感器，其特征是所述十字弾性梁(I)的材料为铍青铜。
4.如权利要求I或2所述的冲击式压电加速度传感器，其特征是所述压电材料(3)为PVDF膜或压电陶瓷。
全文摘要
本发明涉及一种冲击式压电加速度传感器，属于冲击振动技术领域。传感器包括十字弹性梁、质量块、压电材料、冲击垫、底座、基座芯、绝缘螺母、限位盖和引线。其中质量块、压电材料、基座芯组成压电�？�。十字弹性梁支撑压电�？椋⒂上尬桓歉值粤阂桓鲈ぱ箍沽Γ挥写衅魇艿降墓咝粤Υ笥谠ぱ箍沽κ保值粤翰呕嵩硕虼舜衅骶哂锌氐奶匦�。当压电�？橛氤寤鞯娣⑸鲎玻衅魇涑瞿Ｄ饬考铀俣刃藕�。本发明的压电加速度传感器具有结构简单、开关位移可调、输出信号特征明显、易于后续处理的特点。
文档编号G01H11/08GK102798460SQ20121027997
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者石庚辰, 于润祥, 隋丽, 王俊, 张有进, 彭洪生 申请人:北京理工大学
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