一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器制造技术

本申请涉及振动传感领域，具体提供了一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，该振动传感器包括：该传感器包括第一结构层、第二结构层、第三结构层、腔体。腔体的形状为缺少一个底面的空心圆柱体状，第二结构层为圆片状的金属材料，第二结构层粘合固定于腔体的敞口处，第二结构层和腔体形成密闭腔室，第三结构层固定设置于第二结构层靠近腔体一侧，第三结构层为压电材料，第一结构层粘合固定于第二结构层远离腔体一侧，第一结构层远离第二结构层一侧固定设置有胶粒触点。本发明专利技术传感器的灵敏度较高、稳定性较强。稳定性较强。稳定性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器


[0001]本申请涉及振动传感领域，具体而言，涉及一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器。

技术介绍

[0002]声振动与人们的日常生活有千丝万缕的关系。声振动无处不在，随着社会的进步，对声振动的检测提出了新的要求。当前，消费类市场带来的巨大市场机遇，对声振动的检测比过去任何时候都重要。声振动的探测存在于各个领域，如医疗领域和工业领域等等，声振动的高灵敏探测十分重要。
[0003]目前声振动传感器主要有压电式传感器、电容式传感器和磁电式传感器三种。其中，电容式传感器是以电容器为传感单元，将被测量转换为电容量变化的装置，常见的有平行板电容器传感器和圆筒型电容器。磁电式传感器主要利用电磁感应原理，其输出功率较大。压电式传感器的工作原理主要为正压电效应，主要用于加速度、压力和振动等各种物理量及其变化的测量。现有压电式传感器一般仅由压电材料和铜基底构成，由于仅仅依靠铜基底的形变使得压电材料形变，形变程度较小，因此压电材料的电学特性改变较小，所以传感器的灵敏度较低。同时，压电材料和铜基底构成的传感器的谐振频率较高，对低频声振动信号的探测效果较差，使得传感器的灵敏度不高。
[0004]综上所述，现有的压电式传感器的谐振频率较高、声振动引起压电材料的振幅较小，使得现有声振动传感器的灵敏度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，该传感器包括胶粒触点、第一结构层、第二结构层、第三结构层、腔体、外壳。腔体的形状为缺少一个底面的空心圆柱体状，第二结构层为圆片状的金属材料，具体的，腔体的腔壁和第二结构层的材料均为金属铜，金属铜的延展性好、抗压强度高，作为第二结构层容易形变，作为腔体的腔壁强度较好，容易保持腔体的形状。第二结构层的半径和腔体的底面半径相同，第二结构层粘合固定于腔体的敞口处，第二结构层和腔体形成密闭腔室，形成电屏蔽，消除电容耦合，防止静电感应，以减少周围环境的场强对结构整体性能的影响，从而提升本专利技术振动传感器的传感准确率。腔体的腔壁设置有一小孔，便于将正负极的导线引出。
[0006]第三结构层使用绝缘胶粘合固定设置于第二结构层靠近腔体一侧，绝缘胶使得二者之间绝缘，从而形成电回路时不至于短路或载流子转移。具体的，第三结构层为压电材料，优选地，第三结构层为压电陶瓷PZT材料，由于正压电效应，在外力作用下，本专利技术中的外力指第三结构层的形变，压电材料内部产生电极化效应，从而其上电压发生改变，通过外电路探测得到。更具体的，第二结构层和第三结构层分别与负极和正极固定连接，使得本专利技术传感器接入外电路。
[0007]第一结构层粘合固定于第二结构层远离腔体一侧，第一结构层为圆片状导声材料，第一结构层的材料为3M背胶材料。第一结构层对第二结构层起到保护作用，防止第二结构层氧化，以降低第二结构层的电学特性。第一结构层远离第二结构层一侧粘合固定于有胶粒触点，具体地，使用聚氨酯胶水粘合连接。胶粒触点的材料为导声材料，具体地，胶粒触点的形状为圆柱状，胶粒触点的材料为硅胶，硅胶材质有很好的柔软性和弹性，缓冲性能良好，同时具有良好的导声性和耐磨性，胶粒触点能够产生更大的振幅，从而依次使得第二结构层、第三结构层的形变程度更大，从而探测灵敏度较高。胶粒触点和第一结构层共同接收待测声振动。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0009](1)本专利技术传感器由胶粒触点、第一结构层、第二结构层、第三结构层、腔体、外壳构成，第二结构层和腔体形成密闭腔室，胶粒触点、第一结构层、第二结构层、第三结构层之间依次紧密接触，传递待测声振动，由于传递过程中声振动的损耗较小，最终使得压电材料的第三结构层产生较大的形变，即声振动引起的压电材料的振幅较大，由于压电材料的正压电效应，第三结构层内产生电极化现象，使得第三结构层的电压信号变化，通过外电路探测得到电压信号的变化，因此本专利技术传感器的灵敏度较高。
[0010](2)第三结构层振动时，使得腔体内的空气随之膨胀或压缩，即声波在腔体内进行传播，同时在腔壁上多次反射，在第三结构层处多次叠加，使得第三结构层的形变程度更大，进一步增强了声振动引起的压电材料的振幅，对于压电材料，由于正压电效应，较大的压力变化会使得第三结构层的电极化现象更强，第三结构层表面上的电位差增大，通过外电路探测到电压信号的变化较大，因此，本专利技术传感器的灵敏度较高。
[0011](3)由于胶粒触点和第一结构层共同接收声振动，且二者之间存在耦合，本专利技术结构的谐振频率较小，这样低频响应较好，低频信息较多，低频信息包含更多的声振动信息，较多的低频信息使得探测准确率较高。
[0012](4)本专利技术传感器的响应带宽范围内的平坦度较好，探测信号更稳定，因此本专利技术传感器的稳定性较好。
附图说明
[0013]图1为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的主视图；
[0014]图2为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的立体图；
[0015]图3为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的部件分离示意图(实体)；
[0016]图4为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的部件分离示意图(线条)；
[0017]图5为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的胶粒触点的厚度(圆柱体的高度)和传感器谐振频率的关系；
[0018]图6为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的谐振频率仿真结果；
[0019]图7为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器去除胶粒触点时的谐振频率仿真结果；
[0020]图8为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器的谐响应分析曲线；
[0021]图9为本专利技术提供的一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器去除胶粒触点时的谐响应分析曲线。
[0022]图标：1
‑
胶粒触点；2
‑
第一结构层；3
‑
第二结构层；4
‑
第三结构层；5
‑
腔体；6
‑
外壳。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
[0024]本专利技术提供了一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，如图1、图2、图3、图4所示，该传感器包括：胶粒触点1、第一结构层2、第二结构层3、第三结构层4、腔体5、外壳6。腔体5为圆柱形的空心腔体5，腔壁的材料为金属铜，圆柱形腔体5的顶面敞开，以方便在敞口处设置与其形状和尺寸相匹配的第二结构层3，第二结构层3的形状为扁平的圆柱状，尺寸与腔体5的敞口相匹配，即第二结构层3为敞口腔体5的“盖子”，第二结构层3和腔体5形成密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，其特征在于，所述传感器包括第一结构层、第二结构层、第三结构层、腔体，所述腔体的形状为缺少一个底面的空心圆柱体状，所述第二结构层为圆片状的金属材料，所述第二结构层粘合固定于所述腔体的敞口处，所述第二结构层和所述腔体形成密闭腔室，所述第三结构层固定设置于所述第二结构层靠近所述腔体一侧，所述第三结构层为压电材料，所述第一结构层粘合固定于所述第二结构层远离所述腔体一侧。2.根据权利要求1所述的单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，其特征在于，第二结构层的半径和所述腔体的底面半径相同。3.根据权利要求2所述的单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，其特征在于，所述第一结构层远离所述第二结构层一侧固定设置有所述胶粒触点，所述胶粒触点和所述第一结构层共同接收待测声振动。4.根据权利要求3所述的单触点与腔体相结合的高敏感压电式声振动传感器，其特征在于，所述第二结构层和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧俊斌，薛晨阳，张志东，崔丹凤，
申请(专利权)人：苏州恒朝科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：