一种测振仪传感器及测量仪器的制作方法

1.本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种测振仪传感器及测量仪器。


背景技术：

2.目前，市场上的测振仪绝大部分采用的是压电式加速度计传感器，该传感器是利用石英晶体和人工极化陶瓷(pzt)的压电效应设计而成；压电式加速度计传感器因其输出阻抗高，电荷输出信号弱、灵敏度低、容易受到空间环境电磁干扰，又因其为压电晶振或陶瓷材料，一般响应频率中等(10khz)且谐振频率高，容易受到声波(声音)等影响；石英晶体或陶瓷材料具有耐冲击性能差，容易损坏、使用寿命短、成本高、工艺复杂等缺陷。而传感器作为整个测振仪的核心部件，石英晶体和人工极化陶瓷作为传感器的核心元件，其通常直接与被测量面接触，随着震动烈度的增强，容易造成损坏，以及传感器抗干扰性差、灵敏度低等缺陷；并且现有加速度计传感器因结构简单，内部缺乏设置相应的稳压器件和滤波器件，致使无法提供稳定的电源供应信号，进而无法输出测量精度和抗干扰性高的加速度电压信号，存在一定的测量局限性。
3.因此，本发明重点考虑通过改变传感器的结构和内部电路来改进传感器的性能。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术问题，本发明公开了一种测振仪传感器及测量仪器。
5.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
6.一种测振仪传感器，其包括依次装配设置的探针、探针支架和壳体本体；
7.所述探针支架与所述壳体本体之间形成pcb安装腔，于所述pcb安装腔中设置有pcb板；
8.于所述pcb板上印刷有用于测振仪传感器的电路装置，所述探针与所述 pcb板结构传导连接。
9.上述的测振仪传感器，其中所述探针支架包括一体成型的探针安装端和 pcb安装端，所述探针安装端与所述探针装配设置，所述pcb安装端设置有pcb 安装槽，所述pcb安装端与所述壳体本体通过锁紧螺母锁合装配；
10.于所述壳体本体中相适配地设置有pcb固定支架，所述pcb安装槽与所述 pcb固定支架之间形成所述pcb安装腔。
11.上述的测振仪传感器，其中所述壳体本体包括一体成型的支架安装端和锁紧端，分别贯穿所述支架安装端、所述锁紧端设置有第一通孔、第二通孔，所述pcb安装端穿置于所述第一通孔中，于所述第二通孔装配设置有锁合盖体。
12.上述的测振仪传感器，其中所述pcb固定支架包括定位座、及平行设置于所述定位座上的第一限位安装座和第二限位安装座，所述pcb安装槽、第一限位安装座和第二限位安装座之间形成所述pcb安装腔。
13.上述的测振仪传感器，其中围绕所述第一限位安装座和第二限位安装座设置有用
于与所述壳体本体相抵接的橡胶圈。
14.上述的测振仪传感器，其中所述电路装置包括电性连接的传感器芯片、信号调理单元和信号传输单元，所述信号传输单元由所述pcb固定支架延伸而出。
15.上述的测振仪传感器，其中所述信号调理单元包括第一滤波器、稳压器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器；
16.所述信号传输单元通过引线依次与所述第一滤波器、稳压器、第二滤波器、第三滤波器、传感器芯片和第四滤波器串联，所述信号传输单元外接有电源模块。
17.上述的测振仪传感器，其中所述传感器芯片的引脚2和引脚3与所述第三滤波器电性连接，所述传感器芯片的引脚7与所述第四滤波器电性连接，所述传感器芯片的引脚10、引脚11、引脚12和引脚14接地。
18.上述的测振仪传感器，其中所述传感器芯片为mems加速度计芯片或陀螺仪芯片。
19.一种具有测振仪传感器的测量仪器，其包括上述的测振仪传感器。
20.本发明的有益效果包括以下几点：
21.(1)本发明以所述电路装置及以机械结构设计为辅助的测振仪传感器代替传统压电式测振仪的石英晶体或人工极化陶瓷等结构，与传统的压电式测振仪传感器相比，具有以下优点：测量灵敏度高，部分高达100mv/g；谐振频率低，不易受声波干扰；频率响应范围宽，部分高达15khz；输出为电压信号，抗干扰能力强；抗冲击能力强，使用寿命长；生产成本低，仅为压电式测振仪传感器的1/5；生产制造工艺简单，可广泛应用于测振仪产品中；
22.(2)将所述探针、探针支架和壳体本体设计为可装卸的连接结构，便于快速安装和更换相应器件，提高传感器的组装灵活性和可靠性；其中，具体划分所述pcb安装腔，确保所述pcb板稳固地安装，避免在较高的震动烈度下对所述pcb板造成损坏，进而造成传感器抗干扰性差、灵敏度低等缺陷，并且将所述探针支架优化设计为一端安装所述探针、另一端安装所述pcb板，可提高所述pcb板的安装可靠性，便于测量信号直接传输至所述微机械电子系统集成芯片上，极大程度地优化振动信号与电信号的转换效率，避免受到空间环境电磁干扰的问题；
23.(3)于所述传感器芯片s1的输入端依次设置有所述第一滤波器c101、稳压器u1、第二滤波器c102、第三滤波器c103，以实现对由所述电源模块输出的电源信号依次进行电源信号滤波、电源信号稳压和电源信号二次滤波后向所述传感器芯片s1提供稳定电源信号供应，并且所述传感器芯片s1的输出端设置有所述第四滤波器c104，以实现由所述传感器芯片s1处理输出的加速度电压信号进行电压信号滤波后输出至下一级进行处理，便于测量倾斜传感应用中重力的静态加速度、以及运动、冲击或振动产生的动态加速度，输出灵敏度高，电压信号抗干扰性强。
附图说明
24.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
25.图1为本发明中测振仪传感器的正视示意图；
26.图2为本发明中测振仪传感器的爆炸示意图；
27.图3为本发明中具有测振仪传感器的测量仪器的正视示意图；
28.图4为本发明中电路装置的电路示意图。
具体实施方式
29.下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，而非对本发明进行限制。
30.实施例：参见图1至图4，本实施例提供的一种测振仪传感器1，其包括依次装配设置的探针11、探针支架12和壳体本体14；
31.所述探针支架12与所述壳体本体14之间形成pcb安装腔，于所述pcb安装腔中设置有pcb板15；
32.于所述pcb板15上印刷有用于测振仪传感器的电路装置，所述探针11与所述pcb板15结构传导连接。
33.优选地，所述探针支架12包括一体成型的探针安装端和pcb安装端，所述探针安装端与所述探针11装配设置，所述pcb安装端设置有pcb安装槽，所述pcb安装端与所述壳体本体14通过锁紧螺母13锁合装配；
34.于所述壳体本体14中相适配地设置有pcb固定支架16，所述pcb安装槽与所述pcb固定支架16之间形成所述pcb安装腔；具体地，所述pcb固定支架16一般由金属材质加工成所需要的形状和尺寸，与所述探针支架12配合固定所述pcb板15；
35.具体地，将所述探针11、探针支架12和壳体本体14设计为可装卸的连接结构，便于快速安装和更换相应器件，提高传感器的组装灵活性和可靠性；其中，具体划分所述pcb安装腔，确保所述pcb板15稳固地安装，避免在较高的震动烈度下对所述pcb板15造成损坏，进而造成传感器抗干扰性差、灵敏度低等缺陷，并且将所述探针支架12优化设计为一端安装所述探针11、另一端安装所述pcb板15，可提高所述pcb板15的安装可靠性，便于测量信号直接传输至所述电路装置上，极大程度地优化振动信号与电信号的转换效率，避免受到空间环境电磁干扰的问题。
36.具体地，所述探针支架12一般由金属材质加工成所需要的形状和尺寸，一般为但不限于铝合金、不锈铁、不锈钢等材质，用于固定所述探针11和所述pcb 板15，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
37.较佳地，所述壳体本体14包括一体成型的支架安装端和锁紧端，分别贯穿所述支架安装端、所述锁紧端设置有第一通孔、第二通孔，所述pcb安装端穿置于所述第一通孔中，于所述第二通孔装配设置有锁合盖体18；具体地，所述壳体本体14一般由金属材质加工成所需要的形状和尺寸，形成整个传感器的外壳，所述壳体本体14的材质为金属和塑料等材料，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
38.具体地，围绕所述锁合盖体18的外周面设置有第一外螺纹，所述第二通孔对应所述第一外螺纹相适配地设置有第一内螺纹，采用螺纹连接可提高组装灵活性和可靠性；所述锁合盖体18一般为但不限于铝合金、不锈铁、不锈钢、塑料等材料，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
39.进一步地，所述pcb固定支架16包括定位座、及平行设置于所述定位座上的第一限位安装座和第二限位安装座，所述pcb安装槽、第一限位安装座和第二限位安装座之间形成所述pcb安装腔；所述第一限位安装座和所述第二限位安装座平稳地夹持着所述pcb板15，可提高所述pcb板15的的组装稳固性和定位精度，避免在较高的震动烈度下对所述pcb板15
造成损坏；具体地，所述 pcb固定支架16一般为但不限于铝合金、不锈铁、不锈钢、塑料等材料，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
40.进一步地，围绕所述第一限位安装座和第二限位安装座设置有用于与所述壳体本体14相抵接的橡胶圈17；具体地，所述橡胶圈17由橡胶制成需要的大小与形状，用于密封和紧固pcb板15和pcb固定支架16，加工方式为模具成型等方式，橡胶硬度等参数不作规定，寿命、老化等参数等不作规定。
41.更进一步地，贯穿所述定位座设置有用于供所述引线穿置的第三通孔，提高所述引线的安装可靠性，避免因较高的震动烈度而影响电信号的传输。
42.进一步地，围绕所述壳体本体14的外周面设置有第二外螺纹，所述锁紧螺母13对应所述第二外螺纹相适配地设置有第二内螺纹，采用螺纹连接可提高组装灵活性和可靠性。
43.具体地，横向贯穿所述壳体本体14设置有至少两组锁固螺母，所述锁固螺母用于当所述pcb固定支架16安装于所述壳体本体14中时固定所述pcb固定支架16，进一步防止所述pcb板15松动。
44.进一步地，贯穿所述锁紧螺母13设置有用于供所述pcb安装端穿置的第四通孔，所述第四通孔的孔径小于所述pcb安装端的外径，确保所述锁紧螺母13 稳固地锁合所述pcb安装端和壳体本体14；具体地，所述锁紧螺母13的材质为金属和塑料等材料，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
45.较佳地，所述探针11包括一体成型的探测端、限位端和组装端，围绕所述组装端的外周面设置有第三外螺纹，所述探针安装端对应所述第三外螺纹相适配地设置有第三内螺纹，采用螺纹连接可提高组装灵活性和可靠性；具体地，所述探针11为测量探针，一般由金属材质加工成所需要的探针11形状和尺寸，一般为但不限于铝合金、不锈铁、不锈钢等材料，用于不同的测量环境，加工方式为数控车(锣)制或模具成型等方式，部分材料需要做表面处理防止氧化生锈等。
46.进一步地，围绕所述限位端设置有安装限位凸起，一方面便于对所述探针 11的安装深度作出限位，另一方面便于手持装卸所述探针11。
47.较佳地，所述电路装置包括电性连接的传感器芯片s1、信号调理单元和信号传输单元；
48.所述信号调理单元包括第一滤波器c101、稳压器u1、第二滤波器c102、第三滤波器c103和第四滤波器c104；
49.所述信号传输单元通过引线依次与所述第一滤波器c101、稳压器u1、第二滤波器c102、第三滤波器c103、传感器芯片s1和第四滤波器c104串联，所述信号传输单元外接有电源模块；具体地，所述电源模块为外部直流单电源；
50.所述传感器芯片s1的引脚2和引脚3与所述第三滤波器c103电性连接，所述传感器芯片s1的引脚7与所述第四滤波器c104电性连接，所述传感器芯片s1的引脚10、引脚11、引脚12和引脚14接地。
51.具体地，于所述传感器芯片s1的输入端依次设置有所述第一滤波器c101、稳压器u1、第二滤波器c102、第三滤波器c103，以实现对由所述电源模块输出的电源信号依次进行
电源信号滤波、电源信号稳压和电源信号二次滤波后向所述传感器芯片s1提供稳定电源信号供应，并且所述传感器芯片s1的输出端设置有所述第四滤波器c104，以实现由所述传感器芯片s1处理输出的加速度电压信号进行电压信号滤波后输出至下一级进行处理，便于测量倾斜传感应用中重力的静态加速度、以及运动、冲击或振动产生的动态加速度，输出灵敏度高，电压信号抗干扰性强。
52.优选地，所述传感器芯片s1为mems加速度计芯片或陀螺仪芯片；所述传感器成芯片是一个完整的加速度测量系统，实现开环加速度测量架构，其输出信号是与加速度成比例的模拟电压，该芯片可以测量倾斜传感应用中重力的静态加速度、以及运动、冲击或振动产生的动态加速度等数据；具体地，所述传感器芯片s1是一种多晶硅表面微机械结构，建立在硅片上，多晶硅弹簧将结构悬挂在晶圆表面上，并提供对加速力的阻力；所述微机械结构的挠度是用一个差动电容器来测量的，该电容器由独立的固定板和附着在移动质量上的板组成，所述固定板由180
°
异相方波驱动；测量时，加速度使移动质量偏移，使差动电容失去平衡，从而产生振幅与加速度成比例的传感器输出，然后使用相位敏感解调技术来确定加速度的大小和方向。
53.具体地，所述传感器芯片s1的类型包括但不限于压电式、压阻式、电容式等，所述传感器芯片s1的轴数为单轴、双轴、三轴及多轴等，所述传感器芯片 s1的安装方式一般为贴片式安装，极少为插脚式安装，通过回流焊计波峰焊将该芯片焊接在pcb板上。
54.较佳地，所述信号传输单元包括第一引线vdd、第二引线out和第三引线gnd，所述第一引线vdd电性连接所述电源模块和所述第一滤波器c101的正极，所述第二引线out电性连接于所述第四滤波器c104的正极，所述第三引线gnd接地；具体地，所述第一引线vdd、第二引线out和第三引线gnd 为一般电缆线引出线或接线端子等输出器件。
55.较佳地，所述稳压器u1包括输入端in、输出端out和接地端gnd，所述输入端in、所述输出端out分别与所述第一滤波器c101的正极、所述第二滤波器c102的正极电性连接，所述接地端gnd接地；具体地，所述稳压器u1 的选用视电源供应条件而定，若条件满足可以省略该器件，若条件不足时需要设置该器件。
56.优选地，所述第一滤波器c101、第二滤波器c102、第三滤波器c103和第四滤波器c104均为电容滤波器或电感滤波器。
57.具体地，所述第一滤波器c101、第二滤波器c102、第三滤波器c103和第四滤波器c104的负极接地。
58.优选地，所述稳压器u1为ldo低压差稳压器u1或dc-dc转换器。
59.具体地，所述pcb板15为常用pcb材质，一般为但不限于fr-4，可以是多层板或单层板，厚度不一，器件装配方式为表面贴焊或插脚焊接等，为增加固定可靠性，通常需要加胶配合支架固定。
60.进一步地，以所述电路装置及以机械结构设计为辅助的测振仪传感器代替传统压电式测振仪的石英晶体或人工极化陶瓷等结构，与传统的压电式测振仪传感器相比，本实施例的测振仪传感器具有以下优点：测量灵敏度高，部分高达100mv/g；谐振频率低，不易受声波干扰；频率响应范围宽，部分高达15khz；输出为电压信号，抗干扰能力强；抗冲击能力强，使用寿命长；生产成本低，仅为压电式测振仪传感器的1/5；生产制造工艺简单，可广泛应用于测振仪产品中。
61.本发明的测振仪传感器具有以下优点：
62.(1)本发明以所述电路装置及以机械结构设计为辅助的测振仪传感器代替传统压电式测振仪的石英晶体或人工极化陶瓷等结构，与传统的压电式测振仪传感器相比，具有以下优点：测量灵敏度高，部分高达100mv/g；谐振频率低，不易受声波干扰；频率响应范围宽，部分高达15khz；输出为电压信号，抗干扰能力强；抗冲击能力强，使用寿命长；生产成本低，仅为压电式测振仪传感器的1/5；生产制造工艺简单，可广泛应用于测振仪产品中；
63.(2)将所述探针、探针支架和壳体本体设计为可装卸的连接结构，便于快速安装和更换相应器件，提高传感器的组装灵活性和可靠性；其中，具体划分所述pcb安装腔，确保所述pcb板稳固地安装，避免在较高的震动烈度下对所述pcb板造成损坏，进而造成传感器抗干扰性差、灵敏度低等缺陷，并且将所述探针支架优化设计为一端安装所述探针、另一端安装所述pcb板，可提高所述pcb板的安装可靠性，便于测量信号直接传输至所述微机械电子系统集成芯片上，极大程度地优化振动信号与电信号的转换效率，避免受到空间环境电磁干扰的问题；
64.(3)于所述传感器芯片s1的输入端依次设置有所述第一滤波器c101、稳压器u1、第二滤波器c102、第三滤波器c103，以实现对由所述电源模块输出的电源信号依次进行电源信号滤波、电源信号稳压和电源信号二次滤波后向所述传感器芯片s1提供稳定电源信号供应，并且所述传感器芯片s1的输出端设置有所述第四滤波器c104，以实现由所述传感器芯片s1处理输出的加速度电压信号进行电压信号滤波后输出至下一级进行处理，便于测量倾斜传感应用中重力的静态加速度、以及运动、冲击或振动产生的动态加速度，输出灵敏度高，电压信号抗干扰性强。
65.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。