[發(fā)明專利]一種剪切型敏感元件的壓電式振動傳感器

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• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113884175A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 田中山;儀林;楊昌群;牛道東;梁伽銘
• 申請（專利權）人: 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司華南分公司
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發(fā)明是一種剪切型敏感元件的壓電式振動傳感器。所述傳感器包括：剪切型敏感元件、集成式電荷放大電路、后端處理電路、內殼和航空插頭；所述剪切型敏感元件安裝在內殼內，將后端處理電路和集成式電荷放大器安裝在敏感元件上方，將電源與信號線連至航空插頭處，在傳感器外殼底部開有M6螺紋孔，用來與檢測物體連接；集成式電荷放大電路接收剪切型敏感元件產(chǎn)生的電荷，經(jīng)過放大電路后，經(jīng)由后端處理電路進行處理，輸出電壓信號。本發(fā)明傳感器規(guī)避了壓縮式壓電振動傳感器穩(wěn)定性低、誤差大等缺點，具有穩(wěn)定性高、靈敏度高、成本低、結構簡單的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及傳感技術領域，是一種剪切型敏感元件的壓電式振動傳感器。

背景技術

壓電式振動傳感器是基于壓電效應的傳感器，其敏感元件是壓電材料。壓電材料由于壓電效應，在受到壓力作用時，會在其表面時產(chǎn)生電荷。壓電式振動傳感器的優(yōu)點主要有：靈敏度比較高、頻率響應的范圍比較廣、可靠性高等。壓電式振動傳感器主要用于監(jiān)測振動參數(shù)，防止機械故障和危險事故的發(fā)生。

由于壓電振動傳感器工作的特殊性，通常是處于嚴峻的工作環(huán)境中，且保持全天候使用狀態(tài)，這就對振動傳感器的可靠性提出了很高的要求。工業(yè)設備在運行過程中,普遍存在不同程度的振動，嚴重的振動會降低設備的效能及執(zhí)行機構的精度、破壞機器的運行狀態(tài)，甚至縮短設備的使用壽命。所以，對壓電振動傳感器的可靠性和靈敏度提出了更高的要求；敏感元件是壓電振動傳感器的核心部件，直接決定著傳感器的靈敏度。

剪切型壓電加速度傳感器在工作時，壓電敏感元件受到的是剪切應力。當振動臺振動時，由于基座與振動臺剛性固定，基座被施加的加速度與振動臺的加速度一致，與此同時壓電元件受到了一個力的作用，該力的方向與基座所承受的運行加速度的方向完全相反。而質量塊和基座給晶片的是一個剪切應力,這個力使其內部產(chǎn)生的效應導致兩個表面分別帶有了數(shù)量持平的電荷，而且產(chǎn)生的電荷同樣具有相反的符號。產(chǎn)生的電荷信號通過連接的引線進行輸出，且電荷信號和加速度具有正比例關系。在選擇應用于剪切型壓電傳感器上的壓電晶片時，主要考慮壓電晶片的剪切壓電系數(shù)。

壓縮型壓電式振動傳感器簡單，成本相對來說不高，但是由于壓縮式振動傳感器的結構中，壓電陶瓷片和傳感器外殼相連，因此壓電陶瓷片因振動而產(chǎn)生的電荷會直接傳遞到傳感器的外殼上去，通常情況下其外殼的材質為不銹鋼等導電金屬，因此會造成傳感器測量誤差。

發(fā)明內容

本發(fā)明為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種剪切型敏感元件的壓電式振動傳感器，本發(fā)明提供了以下技術方案：

一種剪切型敏感元件的壓電式振動傳感器，所述傳感器包括：剪切型敏感元件、集成式電荷放大電路、后端處理電路、內殼和航空插頭；

所述剪切型敏感元件安裝在內殼內，將后端處理電路和集成式電荷放大器安裝在敏感元件上方，將電源與信號線連至航空插頭處，在傳感器外殼底部開有M6螺紋孔，用來與檢測物體連接；

集成式電荷放大電路接收剪切型敏感元件產(chǎn)生的電荷，經(jīng)過放大電路后，經(jīng)由后端處理電路進行處理，輸出電壓信號。

優(yōu)選地，所述剪切型敏感元件包括質量塊、環(huán)形壓電陶瓷和外殼，環(huán)形壓電陶瓷固定安裝在外殼上，質量塊安裝在環(huán)形壓電陶瓷中間；將環(huán)形壓電陶瓷兩端通過金線連接至集成式電荷放大電路。

優(yōu)選地，所述后端處理電路包括電荷轉換單元電路、調理放大單元電路、帶通濾波電路和輸出放大電路；所述電荷轉換單元電路連接調理放大單元電路，所述調理放大單元電路連接帶通濾波電路，所述帶通濾波電路連接輸出放大電路。

優(yōu)選地，所述所述后端處理電路還包括穩(wěn)壓電源電路，所述穩(wěn)壓電源電路分別連接電荷轉換單元電路、調理放大單元電路、帶通濾波電路和輸出放大電路。

本發(fā)明具有以下有益效果：