专利名称：四芯电压输出压电加速度计的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种四芯压电加速度计，是一种通过对压电加速
度计内置集成电路提供±2.5V~± 18V电压后可以得到电压灵敏度约 为50mv/g的压电加速度计，属于振动检测领域。
背景技术：
由于该压电加速度计内置电路，因此在传感器内部已经将电荷信 号转化为电压信号输出，因此具有较强的抗干扰能力。并且通过集成 电路的放大功能进行调整，可以将压电加速度计的输出灵敏度调整在 10mV 100mV的任意数值，这可以根据实际需求来进行设置，起到 了归一信号的作用，节省了大量后置二次仪表的调整时间。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种四芯压电加速度计，提供的输出灵 敏度在10mV 100mV任意可调，以解决二次仪表不易调整的技术困 难。
本实用新型一共涉及到9个零部件组装而成，分别是l一外壳、2 —插针、3—绝缘件、4一固定螺母、5—底座、6—质量块、7—压电片、8—预紧套、9"电荷转换器；其特征在于
插针(2)共有四根，编号为1、 2、 3、 4,分别外接正电源、外 接负电源、传感器输出值、接地；
预紧套(8)将压电片(7)、质量块(6)和底座(5)刚性固定， 并通过固定螺母(4)将电荷转换器(9)固定在质量块(6)上；
压电片(7)的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接到电荷转 换器上，而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、 2、 3、 4编号顺 序的焊接到插针上，最终通过外壳(1)将整个传感器屏蔽保护，传 感器仍保持较强的刚性连接。
外壳，是压电加速度计的上部分外壳，它是压电加速度计的主要 元件之一，需用不锈钢类钢材加工，对压电加速度计的外界干扰信号 进行屏蔽的作用。由于需要美观，因此加工的精度应当尽量提高。但 由于在实用性上便于安装和携带，则加工了部分滚花。其具体的长宽 高尺寸根据实际需要来确定，而输出端的螺纹连接口是与专用传感器 导线连接用，可以是M12、 M10或者M8等中的一种，见图l。
插针，传感器的输出和输入的连接部分。在该传感器中， 一共有 四根插针，编号为1、 2、 3、 4，用途是外接正电源、外接负电源、 传感器输出值、接地。也即是外接正负电源和接地向传感器内置的电 荷转换器提供稳压直流电压，其值在士2.5V 土18V之间。输出端相 对于地则输出与测试的振动频率相一致的交流电压信号。其中接地一 端与传感器的外壳相通，起屏蔽外界干扰作用。另外，该插针由于需 要起到电信号的输入输出作用，因此宜釆用铜材料来加工，并且镀金。这样既保证了其电信号传输性能，又便于插针后端与导线进行焊接， 更有美观的作用。
绝缘件，是四根插针的之间起绝缘作用，并且也是固定其插针的 重要部件。考虑到传感器的刚性，该材料应该用硬度较高的工程塑料。 固定方式是一端靠外壳的一个台阶，另一端依靠另一零部件4一固定 螺母来固定。该零件宜采用压塑的方式将插针和塑料一起压制成一个 零件，这样既方便安装，又能保证精度，同时更能降低成本。压塑的
零件图见图3所示。
固定螺母，用以将注塑的零件固定，采用螺纹的方式，并且在表 面开两孔以便用专用夹具进行固定。由于外壳内部空间十分有限，并
且需要尽量降低质量，因此该零件设计成环状。如图4所示底座， 是压电加速度计的最基本部件，也是最容易影响传感器参数的零部
件。要求该零件需要用不锈钢类材料加工。该零件与6—质量块是同
一材料一次加工形成的。由于是采用环形的方式预紧，因此必须保持 好装配后的圆度。因此每次加工该零件后要与质量块一起包装起来， 切忌混淆。底座上与压电片相接触的两平面需要较高的平面度、平行
度，以确保传感器的频响曲线光滑和较高的谐振频率。见图5所示 质量块，是决定压电加速度计输出大小的关键零件，根据压电加速度
计的灵敏度近似公式^"^"W可知，当压电片的压电系数固定之后， 传感器电荷灵敏度与质量块的大小成正比。由于与底座是一同加工，
因此具有很好的圆度确保预紧力均匀。见图5所示。
压电片，是压电加速度计的核心敏感元件，采用PZT5压电陶瓷材料的15方向，依靠剪切力产生与之成正比的电信号。压电系数d15 应该大于200，距离温度大于250摄氏度。加工的两平面确保较高精 度的平面度和平行度。如图6所示。
预紧套，传感器的预紧力依靠预紧套。由于预紧力是依靠该材料 的过盈量而产生的，因此该材料一定要用高弹性材料的加工，如铍青 铜。见图7所示。
电荷转换器，是将压电加速度计输出的电荷信号转化为电压信号 进行输出的电路，并且还具有归一输出的作用。该电荷转换器实际上 是由积分反馈的运算放大器。用运算型反馈，放大器的输出是输入电
流的函数。用积分运算反馈，输出是输入电流的积分，即9^^。故 亦称"电荷放大器"。工作时，电荷输入信号产生的放大器输出电压
通过反馈电容返回从而维持输入端电压为零或接近零。这样，输入电
荷储存在反馈电容中，在该电容上产生的电压等于输入电荷除以反馈
电容器的电容。反馈电容器两端的电压确定了输出电压和输入电荷之
间的关系。只要放大器的开环增益和输入阻抗足够高，该放大器的传
递特性(电荷增益)就近决定于反馈电容器的电容值。其电路原理图
如图8所示。
本发明具有信号稳定、装配简单、可批量生产的特点，可大量应 用于各种型号的振动检测仪及各种测试现场。
图1为外壳。图2为插针。
图3为注塑。
图4为固定螺母。
图5为底座与质量块。
图6为压电片。
图7为预紧套。
图8为电荷放大器原理图。
图9装配图。其中外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺 母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转 换器(9)
具体实施方式
该传感器的装配结构主要是通过8—预紧套将7—压电片、6—质 量块和5—底座刚性的固定，并通过4一固定螺母将9—电荷转换器 固定在质量块上。压电片的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接 到电荷转换器上，而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、 2、 3、 4编号顺序的焊接到输出端的插针上，最终通过1—外壳将整个传感 器屏蔽保护，传感器仍保持较强的刚性连接。装配图如图9所示。
权利要求1、四芯电压输出压电加速度计，包括外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转换器(9)，其特征在于插针(2)共有四根，编号为1、2、3、4，分别外接正电源、外接负电源、传感器输出值、接地；预紧套(8)将压电片(7)、质量块(6)和底座(5)刚性固定，并通过固定螺母(4)将电荷转换器(9)固定在质量块(6)上；压电片(7)的电信号通过质量块、预紧套再经导线焊接到电荷转换器上，而电荷转化器又有四根导线按照既定的1、2、3、4编号顺序的焊接到插针上，最终通过外壳(1)将整个传感器屏蔽保护，传感器仍保持较强的刚性连接。
2、 按权利要求1所述的四芯电压输出压电加速度计，其特征在于 绝缘件一端靠外壳的一个台阶，另一端依靠固定螺母来固定。
3、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计，其特征 在于底座上与压电片相接触的两平面平行。
4、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计，其特征 在于压电片采用15方向的PZT5压电陶瓷材料。
5、 按权利要求1或2所述的四芯电压输出压电加速度计，其特征 在于预紧套用铍青铜加工。
专利摘要本实用新型涉及一种四芯电压输出压电加速度计，属于振动检测领域。本实用新型包括外壳(1)、插针(2)、绝缘件(3)、固定螺母(4)、底座(5)、质量块(6)、压电片(7)、预紧套(8)、电荷转换器(9)，其特征在于插针(2)共有四根，编号为1、2、3、4，分别外接正电源、外接负电源、传感器输出值、接地。本实用新型具有较强的抗干扰能力，并且通过集成电路的放大功能进行调整，可以将压电加速度计的输出灵敏度调整在10mV～100mV的任意数值，这可以根据实际需求来进行设置，起到了归一信号的作用，节省了大量后置二次仪表的调整时间。本实用新型具有信号稳定、装配简单、可批量生产的特点，可大量应用于各种型号的振动检测仪及各种测试现场。
文档编号G01H11/08GK201152880SQ20062004948
公开日2008年11月19日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者包绍明, 李玉臣, 沈夏城, 董显林, 雒彩云 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所