[發(fā)明專利]非等截面懸臂梁壓電式加速度傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310137040.6
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103197101A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶泳忠;陳學(xué)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門乃爾電子有限公司
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09
• 代理公司: 福建煉海律師事務(wù)所 35215
• 代理人: 許育輝

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非等截面懸臂梁壓電式加速度傳感器。

背景技術(shù)

加速度傳感器是將加速度、震動、沖擊等物理現(xiàn)象所產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)變成便于測量的電信號的測試儀器。常用的加速度傳感器主要有壓阻式和壓電式傳感器。

壓阻式加速度傳感器，通常用簡單的等截面矩形懸臂設(shè)計，適用于直線加速度計和低頻中低量程振動加速度計。為了提高輸出靈敏度而用于低g值的直線加速度測量，有采用應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，在懸臂梁上開有對稱凹槽，并在凹槽處粘貼半導(dǎo)體應(yīng)變片。壓阻式加速度計具有直流電壓響應(yīng)輸出，通帶寬度大，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但比較脆弱，易損壞，受溫度影響大，一般需要復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路。

壓電式加速度傳感器是利用其中壓電元件的“壓電效應(yīng)”去檢測力學(xué)量。壓電加速度傳感器有較寬的工作溫度范圍。具有量程大，精度高、頻響范圍寬，動態(tài)范圍大，尺寸小，重量輕，壽命長，受外界干擾小，穩(wěn)定性好，耐高溫，適合于各種惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；但具有受溫度、噪聲等的影響大等缺點(diǎn)。由于壓電陶瓷自身電容的存在，一般壓電加速度計的低頻特性較差。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述問題，本發(fā)明提出一種非等截面懸臂梁壓電式加速度傳感器，結(jié)合了壓阻式傳感器與壓電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高，感測頻率范圍寬、耐高溫。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為：一種非等截面懸臂梁壓電式加速度傳感器，包括基座、質(zhì)量塊、懸臂梁和壓電元件，懸臂梁一端固定于基座上，另一端連接質(zhì)量塊，懸臂梁上開有凹槽形成非等截面懸臂梁；所述壓電元件固定在懸臂梁的凹槽上方，且與懸臂梁絕緣。

進(jìn)一步的，所述懸臂梁的凹槽為上下對稱的兩個沿懸臂梁橫向的開口槽，上下兩個凹槽上方均固定有壓電元件。

進(jìn)一步的，所述凹槽為矩形槽、半圓柱槽或半橢圓柱槽。。

進(jìn)一步的，所述壓電元件為多片壓電陶瓷或壓電晶體串聯(lián)或并聯(lián)，或是壓電纖維。

進(jìn)一步的，所述壓電元件直接鍵合于懸臂梁的凹槽上方，或通過螺栓鎖定于懸臂梁的凹槽上方。

進(jìn)一步的，所述壓電元件與懸臂梁的貼合面設(shè)有絕緣片。

本發(fā)明的有益效果：采用應(yīng)力集中的非等截面懸臂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計壓電式傳感器，結(jié)合了壓阻式非等截面懸臂梁加速度傳感器低頻特性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)及壓電式加速度傳感器量程大、精度高、頻響范圍寬、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)壓阻式傳感器比較脆弱，易損壞，受溫度影響大的缺點(diǎn)和壓電傳感器低頻特性差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了靈敏度高、感測頻率范圍寬、耐高溫的壓電式加速度傳感器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明傳感器實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明傳感器實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明傳感器實(shí)施例三結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1、質(zhì)量塊；2、懸臂梁；201、凹槽；3、壓電元件；4、基座；5、絕緣片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的懸臂梁壓電式加速度傳感器，包括基座4、質(zhì)量塊1、懸臂梁2和壓電元件3，懸臂梁2一端固定于基座4上，另一端連接質(zhì)量塊1，懸臂梁2上開有凹槽201，形成非等截面懸臂梁；壓電元件3固定在懸臂梁2的凹槽201上方，且與懸臂梁2絕緣。該實(shí)施例中，懸臂梁2的凹槽201為上下對稱的兩個沿懸臂梁2橫向的開口槽，上下兩個凹槽201上方均固定有壓電元件3。其中壓電元件3與懸臂2梁的絕緣方式可以采用熱氧化或者離子注入的方式在懸臂梁2鍵合壓電元件3的地方形成氧化硅或者氮化硅絕緣層。該傳感器工作原理：通過基座4把振動傳遞給該結(jié)構(gòu)的傳感器，質(zhì)量塊1的慣性力導(dǎo)致懸臂梁2彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，因為凹槽201處懸臂梁的橫截面比較小，應(yīng)力集中在凹槽201處，使貼合在凹槽201上方的壓電元件3極化產(chǎn)生電荷，電荷通過放大調(diào)理電路進(jìn)行信號放大調(diào)理，獲得輸出數(shù)據(jù)。該傳感器采用應(yīng)力集中非等截面懸臂梁結(jié)構(gòu)，結(jié)合了壓阻式非等截面懸臂梁加速度傳感器低頻特性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)及壓電式加速度傳感器量程大、精度高、頻響范圍寬、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)壓阻式傳感器比較脆弱，易損壞，受溫度影響大的缺點(diǎn)和壓電傳感器低頻特性差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了靈敏度高、感測頻率范圍寬、耐高溫的壓電式加速度傳感器。

如圖2所示的實(shí)施例二，與實(shí)施例一不同的是，該實(shí)施例中壓電元件3與懸臂梁2的絕緣方式為直接在壓電元件3與懸臂梁2的貼合面設(shè)置絕緣片5。