[發(fā)明專利]一種壓電加速度傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910258630.1
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109900927B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊靖;胡楊;王登攀;袁宇鵬;張祖?zhèn)?/a>;李小飛;王露;李軍;曾祥豹
• 申請（專利權(quán)）人: 中電科技集團重慶聲光電有限公司
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發(fā)明涉及一種壓電加速度傳感器及其制備方法，屬于加速度傳感器領(lǐng)域。該傳感器包括螺栓、質(zhì)量塊、絕緣片I、絕緣片II、壓電堆、電極片和底座；所述壓電堆兩端設(shè)有電極片，用于提取壓電柱產(chǎn)生的電荷；所述絕緣片I和絕緣片II設(shè)置在電極片外側(cè)，用于為壓電堆與底座之間提供電學絕緣；所述質(zhì)量塊和底座分別設(shè)置在絕緣片I和絕緣片II外側(cè)；所述質(zhì)量塊、絕緣片I、絕緣片II、壓電堆、電極片和底座由螺栓串聯(lián)。本發(fā)明通過多層嵌套的方式制作壓電環(huán)及壓電片狀換能結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓電陶瓷片，提高了靈敏度，降低了最大橫向靈敏度比，以滿足大量程、高靈敏度、低橫向靈敏度的應(yīng)用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加速度傳感器領(lǐng)域，涉及一種壓電加速度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

壓電加速度傳感器是一種利用壓電效應(yīng)進行機電能量轉(zhuǎn)換的器件，具有靈敏度高、工作頻率范圍寬、動態(tài)線性范圍大、尺寸小、質(zhì)量輕等特點，廣泛應(yīng)用于振動沖擊和線性加速度測量，應(yīng)用范圍包含了航空航天、核能電力、船舶交通、生物醫(yī)學等行業(yè)領(lǐng)域，成為最為普遍使用的加速度傳感器。傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器通常由質(zhì)量塊、壓電元件盒電路等部分組成。壓電元件可以是單片，或多片壓電陶瓷組成的疊堆。但現(xiàn)階段的壓電加速度傳感器性能較低，導(dǎo)致核心換能元件的性能較低，不能滿足大量程、高靈敏度、低橫向靈敏度的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種壓電加速度傳感器及其制備方法，該傳感器具有靈敏度高、最大橫向靈敏度小、抗沖擊能力強、量程大等優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用價值。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種壓電加速度傳感器，包括螺栓、質(zhì)量塊、絕緣片I、絕緣片II、壓電堆、電極片和底座；

所述壓電堆兩端設(shè)有電極片，用于提取壓電柱產(chǎn)生的電荷；

所述絕緣片I和絕緣片II設(shè)置在電極片外側(cè)，用于為壓電堆與底座之間提供電學絕緣；

所述質(zhì)量塊和底座分別設(shè)置在絕緣片I和絕緣片II外側(cè)；

所述質(zhì)量塊、絕緣片I、絕緣片II、壓電堆、電極片和底座由螺栓串聯(lián)，形成多層夾心式結(jié)構(gòu)，由螺栓提供縱向的預(yù)緊力；

所述壓電堆包括壓電柱I、填充物I、緊固套管I、壓電柱II、填充物II和緊固套管II；

其中，所述壓電柱I為圓周分布，與填充物I組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，嵌入緊固套管I之中，組成敏感結(jié)構(gòu)I；

所述壓電柱II為圓周分布，與填充物II組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，嵌入緊固套管II之中，組成敏感結(jié)構(gòu)II；

所述敏感結(jié)構(gòu)I嵌入敏感結(jié)構(gòu)II之中，形成壓電堆。

進一步，所述壓電柱I和壓電柱II是由壓電陶瓷或壓電晶體經(jīng)過切割加工而成的，或者是由壓電材料直接注塑而成的，或者是壓電纖維材料構(gòu)成。

進一步，所述填充物I和填充物II是由有機聚合物與填充顆粒組成的混合物經(jīng)高溫固化而成的，或者是能夠與壓電陶瓷共燒的無機材料構(gòu)成。

進一步，所述緊固套管I和緊固套管II為敏感結(jié)構(gòu)I和敏感結(jié)構(gòu)II提供徑向緊固力，所述緊固套管I和緊固套管II是由金屬材料或具有一定強度的非金屬材料制成；

進一步，在受熱膨脹時，將敏感結(jié)構(gòu)I和敏感結(jié)構(gòu)II分別嵌入緊固套管I和緊固套管II，隨著溫度降低，施加徑向緊固力，所述溫度能夠根據(jù)傳感器工作溫度調(diào)節(jié)。

根據(jù)所述壓電加速度傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備壓電柱，將壓電柱排列成圓環(huán)形式，并置于澆注專用模具中，等待澆注；

S2：根據(jù)設(shè)計需要，配制不同比例的有機聚合物和填充顆粒的混合物，注入澆注模具中環(huán)形排列的壓電柱，保證所有刀縫均填充滿填充物；