加速度测量仪和制造这种加速度测量仪的方法技术

技术编号:18465441 阅读:39 留言:0更新日期:2018-07-18 15:43
本发明专利技术涉及一种加速度测量仪(1),其具有压电系统(2)、振动质量(3)和基板(4);在加速度的情况下,振动质量(3)将与它的加速度成比例的力施加到压电系统(2)上,所述力在所述压电系统(2)中产生压电电荷,并且所述压电电荷能够作为加速度信号被电量取,其中,压电系统(2)具有两个系统元件(20、20');其中,振动质量(3)具有两个质量元件(30、30');并且其中,预紧组件(4)使得系统元件(20、20')相对质量元件(30、30')被机械预紧。

Acceleration measuring instrument and method for manufacturing the accelerometer

The invention relates to an accelerometer (1), which has a piezoelectric system (2), a vibration mass (3) and a substrate (4); in the case of acceleration, the vibration mass (3) is applied to a piezoelectric system (2) with its acceleration proportional to the piezoelectric system (2), and the piezoelectric charge is capable. As the acceleration signal is taken, the piezoelectric system (2) has two system elements (20, 20'); in which the vibration quality (3) has two mass elements (30, 30'); and the pretightening component (4) makes the system elements (20, 20') relative mass element (30, 30') prefabricated mechanically.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加速度测量仪和制造这种加速度测量仪的方法
本专利技术涉及一种根据独立权利要求前序部分的加速度测量仪以及一种用于制造这种加速度测量仪的方法。
技术介绍
专利文献CH399021A描述了一种加速度测量仪,其具有压电系统、振动质量、预紧套筒和基板。压电系统借助于预紧套筒在振动质量和基板之间被机械预紧。在加速期间,振动质量在压电系统上施加与其加速度成比例的力。通过这样的机械预紧,不仅能够检测正加速度,还能够检测负加速度。所述的力又在压电系统中产生压电电荷,这些压电电荷可以作为加速度信号被电性地导出。该加速度信号与力的大小成比例。被电性地导出的加速度信号在分析单元中被电放大并分析。申请人在市场上销售的这种用于测量冲击和振动的加速度测量仪的型号为8002K。加速度测量仪被布置在由不锈钢制成的机械稳定的壳体中。根据数据表8002_00_205d_07.05,其重量为20克,可以通过安装螺栓附接在任何测量对象上。测量范围为±1000g,谐振频率为40kHz,工作温度为-70℃至+120℃。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于改进这种已知的加速度测量仪。本专利技术的另一目的在于应提供一种用于制造这种加速度测量仪的成本低廉的方法。本专利技术的首要目的通过独立权利要求的特征来实现。本专利技术涉及一种加速度测量仪,其具有压电系统、振动质量和预紧组件;在加速期间,振动质量在压电系统上施加与其加速度成比例的力,该力在压电系统中产生压电电荷,并且压电电荷可以作为加速度信号被电性地导出,其中,压电系统具有两个系统元件;其中,振动质量具有两个质量元件;并且其中,预紧组件使得系统元件机械预紧地抵靠质量元件。振动质量由两个质量元件组成的优点在于:压电系统可以仅在质量元件之间被机械预紧,以及不需要诸如基板之类的其他部件来实现机械预紧。预紧组件使得具有两个系统元件的压电系统被机械预紧地抵靠质量元件。由此获得的压电接收器组在被安装到加速度测量仪的壳体中之前是可电测试和机械测试,并且是可存储的。因此该加速度测量仪的生产成本很低。附图说明下面参照附图示例性地详细说明本专利技术的一种实施方式。其中:图1示出了穿过加速度测量仪一部分的截面图;图2示出了如图1所示的加速度测量仪在没有预紧组件、壳体和盖部情况下的局部立体图;图3示出了在通过预紧组件进行机械预紧之前穿过根据图1或图2的加速度测量仪的压电接收器组的截面图;图4示出了在通过预紧组件进行机械预紧之后穿过根据图3的压电接收器组的截面图;图5以示意图示出了根据图1或图2的加速度测量仪的压电系统与振动质量的电连接;图6以立体图示出了根据图1或土2的加速度测量仪的压电系统的电极;图7示出了穿过根据图1或图2的加速度测量仪的一部分的截面图,其具有电触点和信号电缆;图8示出了根据图7的加速度测量仪在安装保护套筒之前的立体图;和图9示出了根据图8的加速度测量仪在装配保护套筒之后的立体图。具体实施方式图1示出了穿过根据一种实施方式的加速度测量仪1的一部分的截面图。该截面沿着竖直轴线AA'和纵向轴线BB'展开。加速度测量仪1的水平轴线CC'在该加速度测量仪的如图2所示的立体图中示出。三个轴线彼此垂直并在加速度测量仪1的中心点O处相交。加速度测量仪1包括壳体5和由诸如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金等机械耐性材料制成的盖6。关于竖直轴线AA',壳体5的横截面是中空圆柱形的,而盖6的横截面是圆形的。根据本专利技术的认知,本领域技术人员也可以提供具有其他横截面形状(例如多边形等)的壳体和盖。壳体5和盖6彼此机械地连接。该机械连接是通过诸如熔焊、扩散焊接、热压接、钎焊等材料配合的形式实现的。壳体5和盖6保护加速度测量仪1免受例如杂质(灰尘、湿气等)的有害环境影响,并防止电磁辐射形式的电和电磁干扰。加速度测量仪1具有振动质量3。振动质量3是球形的并围绕中心点O布置,并且具有多个、优选两个测量元件30、30'和一个电绝缘件31。测量元件30、30'由例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金等机械耐性材料制成。电绝缘件31由例如陶瓷、Al2O3-陶瓷、蓝宝石等电绝缘的和机械刚性的材料制成。关于竖直轴线AA',测量元件30、30'的横截面是圆柱形的,而电绝缘件31的横截面是矩形的。根据本专利技术的认知,本领域技术人员也可以设置具有其他横截面形状(例如多边形、圆形等)的测量元件和电绝缘件。测量元件30、30'优选是相同的部件。关于竖直轴线AA',电绝缘件31布置在测量元件30、30'之间并使这些测量元件30、30'彼此电绝缘。测量元件30、30'和电绝缘件31发生直接机械接触。电绝缘件31的绝缘电阻大于/等于1010Ω。测量元件30、30'由于其空间膨胀而能够容易地实现电连接和机械连接。测量元件30、30'在它们的纵轴向端部上具有凹部32、32'。凹部32、32'关于纵向轴线BB'的横截面是矩形的。在这里,本领域技术人员也可以根据本专利技术的认知提供其他的横截面形状,例如圆形等。加速度测量仪1具有压电系统2。压电系统2具有多个、优选两个系统元件20、20'。系统元件20、20'被相同地构造。系统元件20、20'的结构在根据图5的示意图中示出。每个系统元件20、20'具有多个电绝缘元件21、21',多个电极22、22'和多个压电元件23、23'、23”。每个系统元件20、20'优选具有两个电绝缘元件21、21'。电绝缘元件21、21'关于纵向轴线BB'的横截面是矩形的,并且由例如陶瓷、Al2O3-陶瓷、蓝宝石等电绝缘的且机械刚性的材料制成。电绝缘元件21、21'的绝缘电阻大于/等于1010Ω。电极22、22'关于纵向轴线BB'的横截面也是矩形的,并且由例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金等导电材料制成。图6示出了电极22、22'的立体图。每个系统元件20、20'优选具有两个电极22、22'。每个电极22、22'是一体的并且具有多个、优选三个电极面,这些电极面通过多个、优选两个关节彼此机械地连接。电极22、22'通过电极面积聚多个、优选三个压电元件23、23'、23”的压电电荷。压电元件23、23'、23”关于纵向轴线BB'的横截面是矩形的,并且由例如石英(SiO2单晶体)、钙镓锗酸盐(Ca3Ga2Ge4O14或CGG)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14或LGS)、电气石、磷酸镓、压电陶瓷等压电材料制成。压电元件23、23'、23”被结晶学地定向切割为,使其对于待接收的力具有高灵敏度。优选地,压电材料关于纵向或横向剪切力效应具有高灵敏度。在此,压电元件23、23'、23”被定向为,在垂直于或平行于剪切力轴线的表面上产生负压电电荷和正压电电荷。负压电电荷和正压电电荷在图5中表示为+和-。压电电荷作为加速度信号可以被电量取。本领域技术人员根据本专利技术的认知可以为电绝缘元件、电极和压电元件提供其他的横截面形状,例如圆形等。在如图5所示的压电系统2的示意图中,在两个电绝缘元件21、21'之间设有三个压电元件23、23'、23”。第一电绝缘元件21背向中心点O,而第二电绝缘元件21'面向中心点O。这五个元件在图1至图4中被示出为堆叠的并被设置在凹部32、32'中。凹部32、32'的尺寸被确定为,它们基本上完全接收了系统元件20、20'。形容词“基本上”包含了±10%的误差。因此,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速度测量仪(1),具有压电系统(2)、振动质量(3)和预紧组件(4);在加速期间,所述振动质量(3)将与其加速度成比例的力施加到所述压电系统(2)上,所述力在所述压电系统(2)中产生压电电荷,并且所述压电电荷能够作为加速度信号被电量取,其特征在于,所述压电系统(2)具有两个系统元件(20,20');所述振动质量(3)具有两个质量元件(30,30');并且所述预紧组件(4)使得所述系统元件(20,20')相对所述质量元件(30,30')被机械预紧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 EP EP15198027.31.一种加速度测量仪(1),具有压电系统(2)、振动质量(3)和预紧组件(4);在加速期间,所述振动质量(3)将与其加速度成比例的力施加到所述压电系统(2)上,所述力在所述压电系统(2)中产生压电电荷,并且所述压电电荷能够作为加速度信号被电量取,其特征在于,所述压电系统(2)具有两个系统元件(20,20');所述振动质量(3)具有两个质量元件(30,30');并且所述预紧组件(4)使得所述系统元件(20,20')相对所述质量元件(30,30')被机械预紧。2.根据权利要求1所述的加速度测量仪(1),其特征在于,所述压电系统(20,20')、所述振动质量(30,30')和所述预紧组件(4)形成一压电接收器组(10)。3.根据权利要求1或2中任一项所述的加速度测量仪(1),其特征在于,所述预紧组件(4)在机械预紧的情况下与所述系统元件(20,20')直接机械接触。4.根据权利要求3所述的加速度测量仪(1),其特征在于,每个系统元件(20,20')具有电绝缘元件(21,21');并且所述预紧组件(4)在机械预紧的情况下与所述电绝缘元件(21、21')面接触。5.根据权利要求1至4中任一项所述的加速度测量仪(1),其特征在于,所述预紧组件(4)具有两个帽部(40,40')和一套筒(41);所述帽部(40,40')和所述套筒(41)被设置在所述振动质量(3)上;并且被叠置的帽部(40,40')在机械预紧的情况下与被叠置的套筒(41)材料配合地连接。6.根据权利要求1至5中任一项所述的加速度测量仪(1),其特征在于,所述系统元件(20,20')被布置在所述质量元件(30,30')的凹部(32,32')中。7.根据权利要求1至6中任一项所述的加速度测量仪(1),其特征在于,所述质量元件(30、30')借助于电绝缘件(31)彼此电绝缘。8.根据权利要求1至7中任一项所述的加速度测量仪(1),其特征在于,每个系统元件(20,20')具有正电极(22)和负电极(22');所述正电极(22)接收正压电电荷;所述负电极(22')接收负压电电荷;所述正电极(22)与第一质量元件(30)电和机械地...

【专利技术属性】
技术研发人员:F·罗莎
申请(专利权)人:基斯特勒控股公司
类型:发明
国别省市:瑞士,CH

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