一种半球万向敏感压电冲击传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种半球万向敏感压电冲击传感器。该半球万向敏感压电冲击传感器通过电射流微纳打印技术，将所述半球陶瓷厚膜打印至所述半球底座的半球表面；所述半球陶瓷厚膜与所述半球底座为一体化结构。采用本发明专利技术所提供的半球万向敏感压电冲击传感器能够简化敏感压电冲击传感器结构和信号处理流程，提高所述半球万向敏感压电冲击传感器的万向性。

A hemispherical universal sensitive piezoelectric shock sensor

【技术实现步骤摘要】
一种半球万向敏感压电冲击传感器
本专利技术涉及万向敏感压电冲击传感器领域，特别是涉及一种半球万向敏感压电冲击传感器。
技术介绍
万向敏感压电冲击传感器在工业领域、军事领域中有着广泛的应用。一般的万向敏感机构多采用碰击闭合开关，此类结构存在的主要问题是大角度冲击时作用可靠性低和作用时间长。采用万向敏感压电式冲击传感器作为目标探测装置，配合信号处理电路，可以很好的实现控制系统的快速可靠响应功能。传统的压电式传感器采用平面块状陶瓷或者圆形陶瓷设计成单轴敏感结构或者三轴正交组合的方式，而传统的三轴传感器要用到沿X/Y/Z三个正交安装的结构，相应的需要三个晶组、三个质量块、三个预紧螺母等，每个方向都需要焊接导线，内部结构很复杂；其次，传统的三轴传感器需要输出三路信号，对三路信号进行绝对值求和，才能具有万向性；由此可知，传统的压电式传感器结构和信号处理都比较复杂，万向性较差，且不利于传感器的进一步小型化和安装使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种半球万向敏感压电冲击传感器，以解决传统的压电式传感器结构和信号处理复杂，万向性差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种半球万向敏感压电冲击传感器，包括：半球底座、半球陶瓷厚膜、惯性球、预紧压块、预紧螺母、绝缘薄膜和外壳；所述半球底座、所述半球陶瓷厚膜、所述惯性球、所述预紧压块以及所述预紧螺母设于所述外壳内部；通过电射流微纳打印技术，将所述半球陶瓷厚膜打印至所述半球底座的半球表面；所述半球陶瓷厚膜与所述半球底座为一体化结构；所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相匹配；所述预紧螺母和所述预紧压块对所述惯性球施加初始预紧力，使得所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相接触；所述绝缘薄膜设于所述预紧压块以及所述预紧螺母之间；所述预紧压块上的焊接导线作为半球万向敏感压电冲击传感器的正极，所述外壳作为所述半球万向敏感压电冲击传感器的负极；所述绝缘薄膜用于对所述预紧压块以及所述预紧螺母进行电气隔离，使得所述正极与所述负极之间绝缘。可选的，所述半球陶瓷厚膜的材料为锆钛酸铅。可选的，所述半球陶瓷厚膜通过以下方式制备：控制半球底座的三维运行轨迹，利用电射流微纳打印技术在半球底座球面表面制备出厚度均匀的球面锆钛酸铅厚膜；对所述球面锆钛酸铅厚膜烧结固化，并在固化后的锆钛酸铅厚膜上表面溅射一层电极，经过极化后形成具有压电效应的半球陶瓷厚膜。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种半球万向敏感压电冲击传感器，利用电射流微纳打印技术在球面上制备半球形压电陶瓷厚膜，避免了敏感元件的装配，由于陶瓷是脆性材料，球形陶瓷加工精度很难保证，球形陶瓷与球形底座装配时由于配合不好会使得陶瓷受力不均匀，容易发生碎裂，导致产品报废，而本专利技术利用电射流微纳打印技术将陶瓷打印到金属基体上，实现半球形压电陶瓷厚膜与半球底座的一体化结构避免了单独加工球形陶瓷，不存在装配的环节，也不存在装配失效的问题，提高成品率；同时，利用球对称结构实现传感器的空间万向敏感功能，巧妙的实现了压电冲击传感器的万向敏感功能，不光实现了任意方向敏感的应用需求，而且只用到一个压电元件(即压电陶瓷厚膜)，结构简单了很多，具有体积小、集成度高、万向性好的特点；同时，输出信号只有一路，信号处理非常简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的半球万向敏感压电冲击传感器剖面图；图2为本专利技术所提供的半球陶瓷厚膜增材制造工艺示意图；图3为本专利技术所提供的半球万向敏感压电冲击传感器工作原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种半球万向敏感压电冲击传感器，能够简化敏感压电冲击传感器结构和信号处理流程，提高所述半球万向敏感压电冲击传感器的万向性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术所提供的半球万向敏感压电冲击传感器剖面图，如图1所示，一种半球万向敏感压电冲击传感器，包括：半球底座、半球陶瓷厚膜、惯性球、预紧压块、预紧螺母、绝缘薄膜和外壳；所述半球底座、所述半球陶瓷厚膜、所述惯性球、所述预紧压块以及所述预紧螺母设于所述外壳内部；通过电射流微纳打印技术，将所述半球陶瓷厚膜打印至所述半球底座的半球表面；所述半球陶瓷厚膜与所述半球底座为一体化结构；所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相匹配；所述预紧螺母和所述预紧压块对所述惯性球施加初始预紧力，使得所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相接触；所述绝缘薄膜设于所述预紧压块以及所述预紧螺母之间；所述预紧压块上的焊接导线作为半球万向敏感压电冲击传感器的正极，所述外壳作为所述半球万向敏感压电冲击传感器的负极；所述绝缘薄膜用于对所述预紧压块以及所述预紧螺母进行电气隔离，使得所述正极与所述负极之间绝缘；其中，半球陶瓷厚膜的材料为锆钛酸铅([Pb(ZrxTi1-x)O3，PZT)。如图2所示，半球压电陶瓷厚膜采用基于电射流微纳打印的增材制造技术制作，通过控制半球底座的三维运行轨迹，在半球底座球面表面制备出厚度均匀的球面PZT厚膜，然后经过烧结固化；固化完成后在PZT厚膜上表面溅射一层电极，最后经过极化后形成具有压电效应的球面压电厚膜。半球万向敏感压电冲击传感器工作原理如下：当传感器感受到冲击加速度时，根据牛顿第二定律，惯性球将在压电厚膜上产生F＝ma的惯性力，使得球面压电厚膜表面感受到的应力发上变化，如图3所示，根据正压电效应，球面压电厚膜表面将产生与惯性力成正比的电荷，该信号经过传感器的正负电极输出电信号。当冲击加速度方向发生变化时，惯性球在压电厚膜上产生的惯性力方向也发上变化，由于陶瓷为球面结构，此时，半球形压电陶瓷厚膜大部分球面上仍然感受沿球半径方向的惯性力作用，仍然能够可靠地将冲击加速度信号转换为电信号。本专利技术能够充分利用球形的空间对称性实现传感器具有较好的万向性，使得传感器在各个方向受到作用力都能够可靠响应。由于传统单轴压电传感器只有一个敏感轴，理论上只能敏感期轴向的冲击加速度，当冲击加速度与敏感轴有夹角θ时，其灵敏度会按cosθ三角函数衰减，角度越大，则输出信号衰减越大，θ为90度时则完全不会响应了；本专利技术利用惯性球和压电陶瓷厚膜的球形对称结构的特点，使得传感器在感受到任意方向的冲击加速度时，惯性球感受的惯性力都能够在陶瓷表面引起应力变化，进而输出电信号，较好的解决了传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半球万向敏感压电冲击传感器，其特征在于，包括：半球底座、半球陶瓷厚膜、惯性球、预紧压块、预紧螺母、绝缘薄膜和外壳；/n所述半球底座、所述半球陶瓷厚膜、所述惯性球、所述预紧压块以及所述预紧螺母设于所述外壳内部；/n通过电射流微纳打印技术，将所述半球陶瓷厚膜打印至所述半球底座的半球表面；所述半球陶瓷厚膜与所述半球底座为一体化结构；/n所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相匹配；所述预紧螺母和所述预紧压块对所述惯性球施加初始预紧力，使得所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相接触；/n所述绝缘薄膜设于所述预紧压块以及所述预紧螺母之间；所述预紧压块上的焊接导线作为半球万向敏感压电冲击传感器的正极，所述外壳作为所述半球万向敏感压电冲击传感器的负极；所述绝缘薄膜用于对所述预紧压块以及所述预紧螺母进行电气隔离，使得所述正极与所述负极之间绝缘。/n

【技术特征摘要】
1.一种半球万向敏感压电冲击传感器，其特征在于，包括：半球底座、半球陶瓷厚膜、惯性球、预紧压块、预紧螺母、绝缘薄膜和外壳；
所述半球底座、所述半球陶瓷厚膜、所述惯性球、所述预紧压块以及所述预紧螺母设于所述外壳内部；
通过电射流微纳打印技术，将所述半球陶瓷厚膜打印至所述半球底座的半球表面；所述半球陶瓷厚膜与所述半球底座为一体化结构；
所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相匹配；所述预紧螺母和所述预紧压块对所述惯性球施加初始预紧力，使得所述惯性球与所述半球陶瓷厚膜相接触；
所述绝缘薄膜设于所述预紧压块以及所述预紧螺母之间；所述预紧压块上的焊接导线作为半球万向敏感压电冲击传感器的正极，所述外...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐彬，陶逢刚，刘天国，刘显学，王支荣，王大志，熊壮，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51