改进型三角剪切标准加速度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种改进型三角剪切标准加速度传感器，属于传感器技术领域，解决了传统加速度传感器测量精度差、同一批次产品特性差异大，灵敏度一致性差，产品稳定性差的问题，主要包括基座、壳罩、正三棱柱、压电元件组，该压电元件组包括多个依次层叠的压电元件，压电元件包括两片压电片和导电片。本实用新型专利技术测量精度高，层叠式结构设计能够使石英剪切片内部应力在层与层叠加间隙处得到释放；负载能力大，对非振动干扰信号、瞬态温度影响有很好的隔离作用；产品性能稳定，灵敏度一致性程度高，装配工艺简化，是从事振动测试、校准和检定等单位的值得信赖的标准传感器。

Improved triangle shear standard acceleration sensor

【技术实现步骤摘要】
改进型三角剪切标准加速度传感器
本技术属于传感器
，具体地说，尤其涉及一种负载能力强、测量精度高、产品性能稳定、结构设计制造容易的改进型三角剪切标准加速度传感器。
技术介绍
传感器的校准也称为标定，它是通过试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，同时也确定不同使用条件下的误差关系。振动测量中所使用的各类传感器，它的各项性能指标如灵敏度、线性度、频率响应特性等，对测量数据的精度和可靠性直接产生影响。因此，为了保证结果的正确性和统一性，根据国家计量检定规程(JJG134-2003,JJG297-1997，JJG233-2008)，必须定期对传感器进行校准，一般校准周期为一年。标准加速度传感器也应运而生，标准加速度传感器主要用于振动传感器的“比较法”校准。目前使用比较普遍的标准传感器为丹麦BK公司的8305和美国ENDEVCO公司的2270。BK公司的8305和美国ENDEVCO公司的2270这两款标准传感器的结构形式均为中心压缩型，国内一些厂家生产的标准加速度传感器大都也是采用中心压缩结构。这种结构会带来一些问题：1)按照压电式加速度计国家计量检验规程JJG233-2008，当采用比较法校准传感器灵敏度时，通常采用背靠背的方式，即被校传感器刚性安装在标准传感器的上部。这种方法由于被校传感器有一定的重量，会影响标准传感器灵敏度的变化；当被校传感器重量小于100克时，校准精度在±1％。而被校传感器重量＞100克时，测试误差则随重量增加而增加。这主要是被校传感器的重量导致压缩结构的标准传感器由于基座应变引起灵敏度的变化。为了减小上述原因造成的误差，测试时往往需要增加负载块；由于该组件的安装谐振频率的影响，当校准传感器频响(测试频响＞2kHz)时，必须拆除此装置，才能保证频响测试的准确性。2)中心压缩型传感器对声场、磁场、瞬变温度等环境因素的敏感度比较大，容易引起较大的环境噪声，因而导致稳定性也相对较差。专利申请号为2018204755733、申请日为2018.04.04、专利技术创造名称为抗恶劣环境的三角剪切式压电加速度计的中国专利，其公开了一种工作频率宽，幅值线性度小，最大横向灵敏度比小的三角剪切结构式加速度传感器，但该技术方案内部结构设计不合理，单一的压电片固定安装在敏感组件顶部正三棱柱结构的上表面，压电片感应惯性力灵敏度较差，从而导致整个产品测量精度较差；此外，在装配过程中，压电片上会产生应力，单一压电片结构设计其内部应力无法释放，该应力的存在会对压电效应产生的电荷的运动轨迹产生影响，从而造成同一批次产品特性差异大，灵敏度一致性差，产品稳定性能差。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种负载能力强、测量精度高、产品性能稳定、结构设计制造容易的改进型三角剪切标准加速度传感器。本技术是通过以下技术方案实现的：一种改进型三角剪切标准加速度传感器，包括设有输出插座的基座、与所述基座固接的壳罩，所述基座上设有延伸至所述壳罩内部的正三棱柱，所述壳罩内设有沿垂直于所述正三棱柱中心轴线方向、并贴合所述正三棱柱外侧壁分布的压电元件组；所述压电元件组包括多个依次层叠的压电元件；所述压电元件包括两片压电片，两所述压电片之间夹紧设有与之形成良好导电连接的导电片，多个所述导电片串联或并联连接后经引线与所述输出插座的芯线导电连接；所述压电元件组外侧为与之紧贴的质量块，所述质量块、所述压电元件组由预紧环与所述正三棱柱紧固连接。优选地，所述压电片为石英剪切片。优选地，所述引线为镀银铜丝。优选地，所述正三棱柱、所述基座、所述壳罩、所述输出插座均为金属材料。优选地，所述正三棱柱采用模具工艺或者激光焊接工艺与所述基座构成一整体。优选地，所述壳罩与所述基座采用激光焊接工艺固定连接。优选地，所述预紧环为记忆合金环。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.本技术测量精度高，产品性能稳定，灵敏度一致性程度高；层叠式结构设计能够使石英剪切片内部应力在层与层叠加间隙处得到释放，有效解决了单一压电片内部应力对电荷运动轨迹的影响，有效保证了产品测量精度、产品的稳定性能；2.本技术负载能力大；本技术采用三角剪切结构，由预紧环将质量块与压电元件夹持在正三棱柱上，加速度传感器感受轴向振动时，压电元件承受切应力，压电元件与基座隔离，负载引起的基座应力变化不会影响到压电元件的变化；本技术不仅对非振动干扰信号，如基座应力变化、声场等影响有很好的隔离作用，对瞬态温度引起的基座变形也具有很好的隔离，有效补偿了瞬态温度对压电元件的影响；3.本技术预紧环结构设计进一步提高产品性能的稳定性；采用预紧环作为紧固件，通过控制预紧环的温度，可以精确控制其收缩率，有效确保批量生产时产品灵敏度的一致性；4.本技术装配工艺简化、稳定性好；传统中心压缩型结构，需要人工一一施加预紧力，无法控制每次施加预紧力的一致性，同时还需要后续处理以释放应力，同样存在同一批次产品特性差异较大的问题；采用预紧环方式，可以先期测量压电元件的压电常数、质量块的重量和尺寸，然后一批产品全部加上预紧环，同时送入加温装置同步施加预紧力；工艺简单、稳定性好，成本低，是从事振动测试、校准和检定等单位的值得信赖的标准传感器。附图说明图1是本技术结构示意图；图2是本技术图1局部放大图；图3是本技术参考灵敏度检定数据；图4是标准传感器负载能力测试安装方式一示意图；图5是标准传感器负载能力测试安装方式二示意图；图6是本技术标准传感器负载能力测试数据对比表。图中：1.输出插座；2.基座；3.壳罩；4.正三棱柱；5.压电片；6.导电片；7.质量块；8.预紧环；9.被测传感器；10.标准传感器；11.附加质量块。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明：一种改进型三角剪切标准加速度传感器，包括设有输出插座1的基座2、与所述基座2固接的壳罩3，所述基座2上设有延伸至所述壳罩3内部的正三棱柱4，所述壳罩3内设有沿垂直于所述正三棱柱4中心轴线方向、并贴合所述正三棱柱4外侧壁分布的压电元件组；所述压电元件组包括多个依次层叠的压电元件；所述压电元件包括两片压电片5，两所述压电片5之间夹紧设有与之形成良好导电连接的导电片6，多个所述导电片6串联或并联连接后经引线与所述输出插座1的芯线导电连接；所述压电元件组外侧为与之紧贴的质量块7，所述质量块7、所述压电元件组由预紧环8与所述正三棱柱4紧固连接。优选地，所述压电片5为石英剪切片。优选地，所述引线为镀银铜丝。优选地，所述正三棱柱4、所述基座2、所述壳罩3、所述输出插座1均为金属材料。优选地，所述正三棱柱4采用模具工艺或者激光焊接工艺与所述基座2构成一整体。优选地，所述壳罩3与所述基座2采用激光焊接工艺固定连接。优选地，所述预紧环8为记忆合金环。本实施例包括设有输出插座1的基座2、与基座2固接的壳罩3，基座2上设有延伸至壳罩3内部的正三棱柱4，壳罩3内设有沿垂直于正三棱柱4中心轴线方向、并贴合正三棱柱4外侧壁分布的压电元件组；压电元件组包括多个依次层叠的压电元件；压电元件包括两片石英剪切片，两石英剪切片之间夹紧设有与之形成良好导电连接的导电片6，多个导电片6串联或并联连接后经镀银铜丝与输出插座1的芯线导电连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进型三角剪切标准加速度传感器，包括设有输出插座的基座、与所述基座固接的壳罩，所述基座上设有延伸至所述壳罩内部的正三棱柱，其特征在于：所述壳罩内设有沿垂直于所述正三棱柱中心轴线方向、并贴合所述正三棱柱外侧壁分布的压电元件组；所述压电元件组包括多个依次层叠的压电元件；所述压电元件包括两片压电片，两所述压电片之间夹紧设有与之形成导电连接的导电片，多个所述导电片串联或并联连接后经引线与所述输出插座的芯线导电连接；所述压电元件组外侧为与之紧贴的质量块，所述质量块、所述压电元件组由预紧环与所述正三棱柱紧固连接。

【技术特征摘要】
1.一种改进型三角剪切标准加速度传感器，包括设有输出插座的基座、与所述基座固接的壳罩，所述基座上设有延伸至所述壳罩内部的正三棱柱，其特征在于：所述壳罩内设有沿垂直于所述正三棱柱中心轴线方向、并贴合所述正三棱柱外侧壁分布的压电元件组；所述压电元件组包括多个依次层叠的压电元件；所述压电元件包括两片压电片，两所述压电片之间夹紧设有与之形成导电连接的导电片，多个所述导电片串联或并联连接后经引线与所述输出插座的芯线导电连接；所述压电元件组外侧为与之紧贴的质量块，所述质量块、所述压电元件组由预紧环与所述正三棱柱紧固连接。2.根据权利要求1所述的改进型三角剪切标准加速度传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，陈启山，吴芳，
申请(专利权)人：扬州英迈克测控技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32