一种用于振动状态监控的压电式加速度传感器的制作方法

本实用新型涉及加速度传感器技术领域，具体涉及一种用于振动状态监控的压电式加速度传感器。

背景技术：

刀具状态是影响零部件精密切削加工质量与效率的关键因素。在切削加工过程中，由于切削力、切入切出冲击等因素的综合作用，刀具与共建接触面会经历复杂的应力场与温度场的变化，产生磨损和破损，从而劣化加工表面的质量、降低零部件的尺寸精度和机床的加工效率。例如，在航空制造领域中常用的钛合金、高温合金和复杂材料，由于材料的高切削抗力和低热传导性等特点，比其他材料更容易出现刀具的破损、磨损和蹦刃等现象。由上述可知，刀具磨损对于工件加工表面质量和尺寸精度均有较大影响，甚至造成更大的破坏。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的振动件的振动状态不易被及时察觉，进而影响被加工件的质量的缺陷，从而提供一种可以准确监控振动件的振动状态的压电式加速度传感器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于振动状态监控的压电式加速度传感器，振动件设于压电式加速度传感器的下方，包括：

传感器本体，包括支架、由内到外依次套设在所述支架上的压电陶瓷和质量块、以及与所述质量块连接的电路板，所述质量块和所述压电陶瓷在受到所述振动件产生的振动加速度时，通过剪切作用产生相对位移，剪切作用使所述压电陶瓷产生电荷经所述质量块输出至所述电路板；

信号输出组件，与所述电路板连接，用于将所述电路板接收的电荷转化后向外输出。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，所述支架包括底座和设于所述底座上的支撑柱，所述压电陶瓷和所述质量块均为环形，由内到外依次套设在所述支撑柱上。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，所述支撑柱的外壁上成型有用于容纳所述压电陶瓷的槽体。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，所述质量块的内径略大于所述压电陶瓷的外径，以使得所述质量块在振动加速度作用下沿与所述压电陶瓷的接触面产生剪切作用，并对所述压电陶瓷施加剪切力。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，还包括设于所述支架下方的绝缘片。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，还包括屏蔽罩，所述传感器本体和所述绝缘片均设于所述屏蔽罩内部。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，所述信号输出组件包括与所述电路板连接的线缆以及与所述线缆连接的两芯连接器。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，还包括套设在所述线缆外部的保护管。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，还包括用于连接所述保护管和所述传感器本体的转接组件。

所述的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，所述转接组件包括成型在所述传感器本体外延的转接套筒以及用于连接所述转接套筒和所述保护管的转接头。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，压电陶瓷和质量块由内到外依次套设在支架上，且质量块还连接有电路板，电路板与信号输出组件连接。这样当振动件振动时，支架、压电陶瓷和质量块均会发生一定程度的振动，在受到振动件产生的振动加速度时，压电陶瓷和质量块通过剪切作用产生相对位移，进而对压电陶瓷施加一个剪切力，压电陶瓷将受到的振动力和剪切力均转化为电荷经质量块输出至电路板，电路板又将电荷转化为电压经信号输出组件输出，从而实现对振动件振动状态的实时监控，且输出信号稳定、准确、灵敏度高。

2.本实用新型提供的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，质量块的内径略大于压电陶瓷的外径，这样在不受外力振动作用时，质量块和压电陶瓷间可以保持相对静止；而在受到振动作用时，质量块在振动加速度作用下可以沿与压电陶瓷的接触面产生剪切作用，并对压电陶瓷施加剪切力，使得即使是外部较小的振动，压电陶瓷也能将其转化为有效的电信号并输出，从而提高检测的灵敏度。

3.本实用新型提供的用于振动状态监控的压电式加速度传感器，支架下方绝缘片的设置以及外部屏蔽罩的设置，使得传感器的核心组件与外部绝缘，有效防止外界干扰，提高信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为用于振动状态监控的压电式加速度传感器的示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2中传感器本体的放大示意图。

附图标记说明：

1－支架；2－压电陶瓷；3－质量块；4－电路板；5－绝缘片；6－屏蔽罩；7－线缆；8－两芯连接器；9－保护管；10－转接组件；11－底座；12－支撑柱；101－转接套筒；102－转接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－3所示的用于振动状态监控的压电式加速度传感器的一种具体实施方式，待监测的刀具设于压电式加速度传感器的下方，压电式加速度传感器安装在机床加工平台上，包括传感器本体和信号输出组件。传感器本体包括支架1、由内到外依次套设在所述支架1上的压电陶瓷2和质量块3、以及与所述质量块3连接的电路板4。传感器本体设于一壳体中，支架1固定在壳体的底壁上，压电陶瓷2和质量块3均悬浮在壳体内部，即不与壳体的顶壁和底壁接触设置，电路板4设于质量块3上。压电陶瓷2和支架1固定，所述质量块3和所述压电陶瓷2在受到所述振动件产生的振动加速度时，通过剪切作用产生相对位移，从而在质量块3与压电陶瓷2的接触面上产生剪切力，使得压电陶瓷2除受到外力的振动作用，还受到质量块3施加的剪切力，从而增大了电荷输出信号源，增强灵敏度，压电陶瓷2产生的电荷经所述质量块3输出至所述电路板4。信号输出组件与所述电路板4连接，用于将所述电路板4接收的电荷转换后向外输出，监测器将收到的信号实时显示，便于监控。

作为一种具体实施方式，所述支架1包括底座11和设于所述底座11上的支撑柱12，支撑柱12一体成型在底座11的中央，整个支架1呈倒置的“t”字型。所述压电陶瓷2和所述质量块3均为环形，由内到外依次套设在所述支撑柱12上。具体的，所述支撑柱12的外壁上成型有用于容纳所述压电陶瓷2的槽体，压电陶瓷2嵌入槽体中，从而保证与支架1的相对静止。

为了保证质量块3既能在不受外力作用时与压电陶瓷2保持相对静止，而在受到振动加速度作用时又能发生一定的相互剪切，所述质量块3的内径略大于所述压电陶瓷2的外径，并选用316l不锈钢，这样质量块3在振动加速度作用下就会在惯性力的作用下沿与所述压电陶瓷2的接触面产生剪切作用，并对所述压电陶瓷2施加剪切力。

为了将传感器本体内部的核心组件与外界隔离、绝缘，在所述支架1下方设有绝缘片5，所述传感器本体和所述绝缘片5外部设有屏蔽罩6。绝缘片5完全覆盖在屏蔽罩6的底壁上，本实施例中为氧化铝陶瓷绝缘垫片。

为了将传感器转化的信号及时、有效向外输出，所述信号输出组件包括与所述电路板4连接的线缆7以及与所述线缆7连接的两芯连接器8。在所述线缆7外部套设有保护管9，本实施例中的保护管9为不锈钢波纹管。在所述保护管9和所述传感器本体之间还设有转接组件10，转接组件10包括成型在传感器本体外延的转接套筒101以及用于连接转接套筒101和不锈钢波纹管的转接头102，转接套筒101用于保护与两芯连接器8连接的线缆7不被拉扯，在线缆7上涂抹ehx44胶水，并用压接设备进行压接，从而能够起到更好的保护作用。

由于刀具磨损时会发生一定的振动，通过刀具的振动使压电陶瓷产生电荷输出，然后再转由一块集成的信号调理电路板进行信号的转换，将电荷输出转换成电压输出，并进行相应的放大，最后连接到两芯连接器，通过外接线缆与两芯连接器连接，完成信号的采集与传输。采用在线监测技术，通过采集和分析加工过程中的传感器信息，对刀具破损的发生和刀具磨损的状态进行及时准确的辨识，并在此基础上对刀具磨损的演化趋势和刀具的剩余寿命进行预测，从而可采取提前换刀、改变切削参数等措施降低刀具磨损对于加工件表面质量和尺寸精度的影响，也可采取停机等紧急措施避免对于工件和机床造成更大的破坏。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。