本发明专利技术提出了一种差动压电式三维加速度传感器，属于三维加速度传感器领域。该传感器包括基座、质量块和压电片，基座和质量块均为正方体且该质量块套装在基座内，质量块的四个侧面上分别设置有一个凸台且在每一凸台上分别贴有一个压电片，其中在该质量块左侧面、右侧面、前侧面和后侧面的凸台上依次贴有第三压电片、第四压电片、第五压电片和第六压电片；在该质量块上侧贴有第一压电片，在该质量块的下侧贴有第二压电片；第一压电片、第二压电片连接第一差分放大电路，第三压电片、第四压电片连接第二差分放大电路，第五压电片、第六压电片连接第三差分放大电路。本发明专利技术的结构简单、尺寸小，并且采用压电片实现了三维加速度的差动式精确测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维加速度传感器，尤其涉及一种差动压电式三维加速度传感器。
技术介绍
三维加速度传感器在各个领域都有广泛的应用。尤其在轴承故障诊断领域，据统计，旋转机械设备中的很多故障均与滚动轴承有着密切的联系，其中，70 %的机械故障由振动故障引起，而30%的振动故障是有滚动轴承引起的。当轴承出现缺陷时，轻则系统功能降低或是失去，重则发生严重甚至灾难性的事故。因此，对轴承振动状态进行监测有利于发现轴承早期故障、预防安全事故以及降低经济损失。振动信号通常是通过加速度传感器获取的。而轴承振动信号的获取大多是基于一维加速度传感器或二维加速度传感器获取的振动信号，但它们并不能完全表达轴承各向的振动状态，采用多个加速度传感器获取轴承各向的振动状态需要更大的安装空间和更高的安装条件。然而，目前的三维压电式加速度传感器存在结构复杂、体积大、输出灵敏度低和安装要求高等缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种差动压电式三维加速度传感器，结构简单、尺寸小，并且采用压电片实现了三维加速度的差动式精确测量。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了 一种差动压电式三维加速度传感器，其特征在于包括基座(I)、质量块(7)和压电片(4)，所述基座(I)和质量块(7)均为正方体且该质量块(7)套装在该基座(I)内，所述质量块(7)的四个侧面上分别设置有一个凸台(9)且在每一凸台(9)上分别贴有一个压电片(4)，其中在该质量块(7)左侧面的凸台上贴有第三压电片(4-3)，在该质量块(7)右侧面的凸台上贴有第四压电片(4-4)，在该质量块(7)前侧面的凸台上贴有第五压电片(4-5)，在该质量块(7)后侧面的凸台上贴有第六压电片(4-6)；在该质量块(7)上侧贴有第一压电片(4-1)，在该质量块(7)的下侧贴有第二压电片(4-2)；所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)用于对Z轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)用于对X轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)用于对Y轴方向上的加速度进行差动式测量。本专利技术的结构简单、尺寸小，并且在质量块的六个侧面上均贴有压电片，使得三维各方向上的固有频率和输出灵敏度相等，降低了三维各方向的耦合影响，实现了三维加速度的差动式精确测量；在质量块的四个侧面上分别设置一个凸台，为信号输出线的引出提供了方便，进一步降低了信号输出线之间的耦合影响，提高了三维加速度差动式测量的精确度。该差动压电式三维加速度传感器还包括三个差分放大电路，其中所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)与第一差分放大电路(12)连接，第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)与第二差分放大电路(13)连接,第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)与第三差分放大电路(14)连接。本专利技术采用差分放大电路，不仅可以提高三维加速度传感器输出的灵敏度，而且可以提高三维加速度传感器输出的信噪比。 该差动压电式三维加速度传感器还包括稳压供电电路，用于分别向该第一差分放大电路(12)、第二差分放大电路(13)和第三差分放大电路(14)提供电源。在该质量块(7)的四个侧面，对应的凸台(9)与压电片(4)之间设置有导电盘(6);在该质量块(7)的上侧与该第一压电片(4-1)之间，该质量块(7)的下侧与该第二压电片(4-2)之间分别设置有导电盘(6)；所述导电盘(6)分别与对应的信号输出线(5)连接。本专利技术采用导电盘，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。在所述质量块(7)上的压电片⑷形状相同且相对的压电片⑷对称设置，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。该差动压电式三维加速度传感器还包括预紧板(3)且该基座(I)的上侧为开口，该预紧板(3)盖在该基座(I)的上侧，将该质量块(7)压紧至该基座(I)内。本专利技术采用预紧板，将质量块压紧至基座内，便于对基座内的器件进行维护。在所述基座(I)的四个侧面以及该预紧板(3)上分别开设有引线孔(10)，与各导电盘(6)连接的信号输出线(5)分别从对应的引线孔(10)穿出，连接至航空接头(8)，减小了三维各方向上信号输出线之间分布电容的影响，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。该差动压电式三维加速度传感器还包括传感器外壳(2)且所述基座(I)的下侧形成一凸台，该传感器外壳(2)罩在该基座(I)上。所述三个差分放大电路中每一差分放大电路均由差分放大器(Di)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和电阻(R)组成，其中该差分放大器(Di)的正电源(P7)端通过该第一电容(Cl)接地，负电源(P4)端通过该第二电容(C2)接地，基准电压(P5)端接地，并且该差分放大器(Di)的第一增益调节电阻接入端(Pl)分别通过该第三电容(C3)、电阻(R)连接第二增益调节电阻接入端(P8)；所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)依次连接第一差分放大电路(12)中差分放大器的同相输入端(Pl)、反相输入端(P2),所述第一差分放大电路(12)中差分放大器的输出端用于输出Z轴方向上经差分放大处理后的加速度；所述第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)依次连接第二差分放大电路(13)中差分放大器的同相输入端(PD、反相输入端(P2)，所述第二差分放大电路(13)中差分放大器的输出端用于输出X轴方向上经差分放大处理后的加速度；所述第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)依次连接第三差分放大电路(14)中差分放大器的同相输入端(PD、反相输入端(P2)，所述第三差分放大电路(14)中差分放大器的输出端用于输出Y轴方向上经差分放大处理后的加速度。所述该稳压供电电路(11)由第一稳压模块(LMl)、第二稳压模块(LM2)、第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六极性电容(C6)、第七极性电容(C7)、第八电容(CS)和第九电容(C9)组成，其中所述第一二极管(Dl)的正极用于接入直流电源VCC1，该第一二极管(Dl)的负极连接该第一稳压模块(LMl)的输入端(Vin)并且通过该第四电容(C4)接地；所述第二二极管(D2)的负极用于输入直流电源VCC2，该第二二极管(D2)的正极连接该第二稳压模块(LM2)的输入端Vin并且通过该第五电容(C5)接地；所述第一稳压模块(LMl)、第二稳压模块(LM2)的接地端(GND)接地；所述第一稳压模块(LMl)的输出端连接该第六极性电容(C6)的正极，该第六极性电容(C6)的负极接地，并且该第一稳压模块(LMl)通过该第八电容(CS)接地；所述第二稳压模块(LM2)的输出端连接该第七极性电容(C7)的负极，该第七极性电容(C7)的正极接地，并且该第二稳压模块(LM2)通过该第九电容(C9)接地；所述第一稳压模块(LMl)的输出端连接各差分放大电路中差分放大器的正电源端，所述第二稳压模块(LM2)的输出端连接各差分放大电路中差分放大器的负电源端。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是1、本专利技术的结构简单、尺寸小，并且在质量块的六个侧面上均贴有压电片，使得三维各方向上的固有频率和输出灵敏本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种差动压电式三维加速度传感器，其特征在于：包括基座(1)、质量块(7)和压电片(4)，所述基座(1)和质量块(7)均为正方体且该质量块(7)套装在该基座(1)内，所述质量块(7)的四个侧面上分别设置有一个凸台(9)且在每一凸台(9)上分别贴有一个压电片(4)，其中在该质量块(7)左侧面的凸台上贴有第三压电片(4?3)，在该质量块(7)右侧面的凸台上贴有第四压电片(4?4)，在该质量块(7)前侧面的凸台上贴有第五压电片(4?5)，在该质量块(7)后侧面的凸台上贴有第六压电片(4?6)；在该质量块(7)上侧贴有第一压电片(4?1)，在该质量块(7)的下侧贴有第二压电片(4?2)；所述第一压电片(4?1)、第二压电片(4?2)用于对Z轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第三压电片(4?3)、第四压电片(4?4)用于对X轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第五压电片(4?5)、第六压电片(4?6)用于对Y轴方向上的加速度进行差动式测量。
【技术特征摘要】
1.一种差动压电式三维加速度传感器，其特征在于包括基座(I)、质量块(7)和压电片(4)，所述基座(I)和质量块(7)均为正方体且该质量块(7)套装在该基座(I)内，所述质量块(7)的四个侧面上分别设置有一个凸台(9)且在每一凸台(9)上分别贴有一个压电片(4)，其中在该质量块(7)左侧面的凸台上贴有第三压电片(4-3)，在该质量块(7)右侧面的凸台上贴有第四压电片(4-4)，在该质量块(7)前侧面的凸台上贴有第五压电片(4-5)，在该质量块(7)后侧面的凸台上贴有第六压电片(4-6)； 在该质量块(7)上侧贴有第一压电片(4-1)，在该质量块(7)的下侧贴有第二压电片(4-2)； 所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)用于对Z轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)用于对X轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)用于对Y轴方向上的加速度进行差动式测量。2.根据权利要求1所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于还包括三个差分放大电路，其中所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)与第一差分放大电路(12)连接，第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)与第二差分放大电路(13)连接，第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)与第三差分放大电路(14)连接。3.根据权利要求2所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于还包括稳压供电电路，用于分别向该第一差分放大电路(12)、第二差分放大电路(13)和第三差分放大电路(14)提供电源。4.根据权利要求1 3中任何一项所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于在该质量块(7)的四个侧面，对应的凸台(9)与压电片(4)之间设置有导电盘(6);在该质量块(7)的上侧与该第一压电片(4-1)之间，该质量块(7)的下侧与该第二压电片(4-2)之间分别设置有导电盘(6)； 所述导电盘(6)分别与对应的信号输出线(5)连接。5.根据权利要求4所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于在所述质量块(7)上的压电片⑷形状相同且相对的压电片⑷对称设置。6.根据权利要求5所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于还包括预紧板(3)且该基座(I)的上侧为开口，该预紧板(3)盖在该基座(I)的上侧，将该质量块(7)压紧至该基座(I)内。7.根据权利要求6所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于在所述基座(I)的四个侧面以及该预紧板⑶上分别开设有引线孔(10)，与各导电盘(6)连接的信号输出线(5)分别从对应的引线孔(10)穿出，连接至航空接头(8)。8.根据权利要求7所述的差动压电式三维加速度传感器，其特征在于还包括传感器外壳(2)且所述基座(I)的下侧形成一凸台，该传感器外壳...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵毅敏，鲜敏，吴胜利，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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