一种高温加速度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种高温加速度传感器，所述高温加速度传感器以结构有序型压电晶体Sr3NbGa3Si2O14、Sr3TaGa3Si2O14、Ca3NbGa3Si2O14和/或Ca3TaGa3Si2O14作为敏感元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高温压电传感器领域，具体涉及一种以结构有序型系列晶体作为敏感元件的高温加速度传感器。
技术介绍
压电加速度传感器是一类利用介质材料压电效应制成的加速度传感器。当介质材料受力作用而发生形变时，由于极化现象，其表面会产生电荷，从而实现非电量测量。它已广泛应用于动态力、加速度、压力的测量。随着现代科技的发展，航天航空、军事工业、冶金等领域迫切需要能在高温环境下正常工作的压电加速度传感器。现使用的压电介质材料可分为三类，分别是高分子压电材料、压电陶瓷、压电单晶。但高分子压电材料的工作温度适合范围为100°C以下，不适合高温苛刻环境，而压电陶瓷具有热释电性，易对力学量测量造成干扰。因此，压电单晶成为高温压电传感器的首选材料。现已商业化的压电单晶主要包括ct-石英和铌酸锂单晶。但α-石英在350°c产生双晶，573°C附近产生α-β相变，严重影响其综合性能，制约了其高温应用。铌酸锂单晶的机电耦合系数虽然较大，但其频率稳定性、温度稳定性较差，使其在高温应用方面受到限制。石圭酸镓镧(La3Ga5Si014:LGS)系列晶体(结构无序型:La3Ga5Si014、La3NbQ.5Ga5.5014、La3TaQ.5Ga5.5014，结构有序型:Sr3NbGa3Si2014、Sr3TaGa3Si2014、Ca3NbGa3Si2014、Ca3TaGa3Si2014)是一类备受关注且性能优异的新型高温压电晶体。其压电系数大，机电耦合系数约为α -石英的2?3倍，至熔点(1300?1500°C )不存在相变，具有零频率温度系数切型，这些优点使其高温应用成为可能。在2004年之前的20多年内，科研工作者对该系列晶体在传感器方面应用的研究主要集中在-60?200°C。而近10年来，该系列晶体高温传感器应用的研究迅速发展，主要集中在结构无序型LGS系列晶体的表面声波传感器与体声波传感器。Huankiat Seh等人系统研究了 LGS晶体表面声波谐振器在高温传感方面的应用(?1000°C )，设计并研制了LGS高温气体传感器。G.Tortissier等人研究了 LGS晶体体声波高温传感器，用于苛刻环境下化学成分的检测，并测试了 25?450°C范围内延迟线的频率变化。关于结构无序型LGS系列晶体的高温加速度传感器应用的研究较少，而关于结构有序型LGS系列晶体的高温传感器应用未见报道。
技术实现思路
本专利技术旨在进一步拓展现有高温加速度传感器的类型，本专利技术经过锐意的研究发现敏感原件的高温电阻率高有利于拓展加速传感器的下限频率，因此提供了一种以结构有序型硅酸镓镧系列晶体作为敏感元件的高温加速度传感器。本专利技术提供了一种高温加速度传感器，所述高温加速度传感器以结构有序型压电晶体 Sr3NbGa3Si2014、Sr3TaGa3Si2014、Ca3NbGa3Si2014 和 / 或 Ca3TaGa3Si2014 作为敏感元件。较佳地，所述构成敏感元件的材料属于三方晶系，空间群P321，点群32。较佳地，所述敏感元件的形状可为方形、圆形或圆环形。 较佳地，所述敏感元件可单独使用或多个敏感元件并联使用。较佳地，所述高温加速度传感器可使用敏感元件的正压缩模式或剪切模式。较佳地，所述高温加速度传感器工作温度可为-55-649 °C，工作频率可为10-2500HZ,能够在l-10g加速度下工作。较佳地，所述高温加速度传感器的误差可写10%。本专利技术的有益效果: 在高温加速度传感器应用方面，有序型LGS系列晶体具有更多优势。一方面，有序型LGS系列晶体的每种阳离子格位只被一种阳离子占据，其组分的均匀性比无序型LGS系列晶体更好，因此其压电系数、介电系数、电阻率等的稳定性更好。另一方面，当频率低于下限频率，传感器中的感应电荷就会在检测到之前消失。结构有序型LGS系列晶体具有更大的高温电阻率，由于传感器的下限频率与晶体材料的RC时间常数成反比，因此其可应用于更低的频率。【附图说明】图1示出了本专利技术的一个实施方式中制备的硅酸镓钽钙传感器的灵敏度频率响应，即灵敏度随频率的变化； 图2示出了本专利技术的一个实施方式中制备的硅酸镓钽钙传感器的灵敏度高低温特性，即灵敏度随温度的变化。【具体实施方式】以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及结构有序型硅酸镓镧系列晶体在高温加速度传感器方面的应用，属于高温压电传感器领域。所述晶体的化学式为Sr3NbGa3Si2014、Sr3TaGa3Si2014、Ca3NbGa3Si2014、Ca3TaGa3Si2014。该传感器以所述晶体为敏感元件，其灵敏度频率响应误差(10?2500 HZ)与灵敏度随温度(-55?649°C )的变化幅度均小于5%。因而，该传感器具有良好的频率稳定性与温度稳定性。与结构无序型LGS系列晶体相比，所述晶体组分均匀性更好，高温电阻率更大。因此，该传感器压电系数、介电系数、电阻率等的稳定性更好，下限频率更低。本专利技术提供了一种高温加速度传感器，以结构有序型LGS系列压电晶体为敏感元件材料，所述压电材料的化学式为Sr3NbGa3Si2014、Sr3TaGa3Si2014、Ca3NbGa3Si2014、Ca3TaGa3Si2014,属三方晶系，空间群P321，点群32。所述的敏感元件形状为方形、圆形或圆环形。所述的敏感元件可1个单独使用或多个并联使用。所述的传感器使用敏感元件的正压缩模式或剪切模式。所述的传感器，其频率响应误差小于一定值。所述一定值的取值范围为0.1%?10%o所述的频率响应所使用的频率条件为10?2500 HZ。所述的传感器，其灵敏度随温度的变化幅度小于一定值。所述一定值的取值范围为 0.1%?10%。所述工作温度的取值范围为-55?649 °C。该传感器结构采用最普遍的形式，具有实现容易、装配简单等特点。首先将下绝缘片、下电极、多个敏感元件、上电极、上绝缘片、质量块依次套入支柱，支柱与底座垂直相连；接着，在最上端旋上螺母并固定；最后，将底座与外壳、连接器密封。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温加速度传感器，其特征在于，所述高温加速度传感器以结构有序型压电晶体Sr3NbGa3Si2O14、Sr3TaGa3Si2O14、Ca3NbGa3Si2O14和/或Ca3TaGa3Si2O14作为敏感元件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林全明，郑燕青，涂小牛，孔海宽，熊开南，李亚乔，施尔畏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，上海硅酸盐研究所中试基地，
类型：发明
国别省市：上海;31