[發(fā)明專利]一種沖擊式壓電加速度傳感器

有效

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• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102798460A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 石庚辰;于潤祥;隋麗;王俊;張有進;彭洪生
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及壓電加速度傳感器，具體涉及一種兼有開關(guān)量和模擬量輸出特性的壓電加速度傳感器，屬于沖擊振動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前加速度傳感器的輸出一般分為模擬量輸出和開關(guān)量輸出，比如壓電加速度傳感器和加速度閾值開關(guān)，這兩種輸出模式的傳感器各有優(yōu)缺點。在一些特殊場合依靠單一輸出模式的傳感器已經(jīng)不能滿足使用要求。將模擬量輸出傳感器的特點和開關(guān)量傳感器輸出的特點結(jié)合起來，可以滿足某些特殊場合測試的需要，但目前同時兼有模擬量和開關(guān)量輸出的加速度傳感器還很少。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種沖擊式壓電加速度傳感器，同時兼有開關(guān)量輸出特性和模擬量輸出特性。

本發(fā)明的沖擊式壓電加速度傳感器包括十字彈性梁、壓電模塊、沖擊墊、底座、上蓋、正極引線和負極引線，其中十字彈性梁為十字形平面結(jié)構(gòu)，其中心有圓形過孔；基座芯為倒T型圓柱臺階結(jié)構(gòu)，臺階結(jié)構(gòu)的臺階面上設有環(huán)形槽，臺階上圓柱的表面加工有螺紋段；壓電模塊包括質(zhì)量塊、壓電材料、基座芯和絕緣螺母，其中，壓電材料和質(zhì)量塊順序套裝在基座芯的臺階面上，絕緣螺母與基座芯上圓柱表面的螺紋段固定連接，絕緣螺母的底部伸入基座芯的臺階面上的環(huán)形槽中，絕緣螺母將壓電材料的兩個電極進行隔離絕緣；底座和上蓋通過螺紋配合組成傳感器的外殼，其內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，底座空腔的底部設有沖擊墊，底座上具有螺紋的臺階面與上蓋的底面之間留有間隙；

其整體連接關(guān)系為：十字彈性梁水平設置于壓電模塊中質(zhì)量塊的上表面與絕緣螺母凸臺的下表面之間，并且絕緣螺母的下端穿過十字彈性梁的圓形過孔；十字彈性梁的四個端部平面卡裝在底座與上蓋之間的間隙內(nèi)使壓電模塊整體位于空腔結(jié)構(gòu)之中，絕緣螺母的上端面與上蓋的內(nèi)表面抵觸，使十字彈性梁彎曲變形并產(chǎn)生一個預壓抗力，壓電模塊的基座芯與沖擊墊之間留有間隙，此間隙為開關(guān)位移；信號線由壓電材料的正極經(jīng)過質(zhì)量塊、十字彈性梁和上蓋引出；地線由壓電材料的負極經(jīng)過基座芯引出。

工作原理：本發(fā)明的壓電加速度傳感器的開關(guān)量特性體現(xiàn)在只有傳感器所受到的沖擊加速度達到一定閾值的時候，壓電模塊才能運動，與沖擊墊發(fā)生碰撞，產(chǎn)生信號輸出。

開關(guān)響應時間由十字彈性簧的剛度和開關(guān)位移的大小決定。

本發(fā)明的壓電加速度傳感器的模擬量特性體現(xiàn)在壓電模塊與沖擊墊碰撞產(chǎn)生的信號為連續(xù)的模擬信號。

當本發(fā)明的壓電加速度傳感器在作用方向受到?jīng)_擊加速度時，壓電模塊受到一個與沖擊加速度作用方向相反的慣性力的作用。當慣性力小于十字彈性梁的預壓抗力時，壓電模塊靜止不動，此時壓電模塊不會與沖擊墊發(fā)生碰撞，傳感器不會有信號輸出。當慣性力大于預壓抗力時，壓電模塊將克服十字彈性梁的預壓抗力，向下運動，接著會產(chǎn)生以下兩種情況之一：（1）當沖擊加速度的作用時間較短時，壓電模塊的運動時間有限，在慣性力的作用時間內(nèi)，壓電模塊的運動位移小于開關(guān)位移，不會與沖擊墊發(fā)生碰撞，傳感器不會有信號輸出。（2）當沖擊加速度的作用時間較長時，壓電模塊的運動位移大于開關(guān)位移，與沖擊墊發(fā)生碰撞，壓電模塊上的質(zhì)量塊給壓電材料施加一個向下的慣性力，使傳感器產(chǎn)生一個連續(xù)的模擬量輸出，輸出的大小與沖擊加速度的幅值有關(guān)。

有益效果：

1、本發(fā)明通過十字彈性梁支撐壓電模塊，利用上蓋給彈性梁預壓抗力，使加速度傳感器同時具有開關(guān)的特性；

2、本發(fā)明利用壓電模塊與沖擊墊相碰，從而產(chǎn)生一個連續(xù)的模擬量輸出，因此傳感器兼有開關(guān)和模擬量輸出的特性；

3、本發(fā)明中開關(guān)響應時間由十字彈性簧的剛度和開關(guān)位移的大小決定，因此開關(guān)響應時間可根據(jù)實際需要方便的調(diào)整。

附圖說明

圖1是本發(fā)明沖擊式壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2是本發(fā)明中十字彈性梁的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1—十字彈性梁、2—質(zhì)量塊、3—壓電材料、4—沖擊墊、5-底座、6—基座芯、7—絕緣螺母、8—上蓋、9—信號線、10—地線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。