专利名称：一种压电环-金属壳结构加速度计的制作方法
技术领域：
一种压电环"^r属壳结构加速度计
技术领域：
本实用新型属于传感器和换能器技术领域，具体涉及到一种压电加速度计。
背景技术：
传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其 水平的高低是衡量一个国家科才议展水平的重要标志之一，加速度计作为一种 传感器被广泛地应用于航空航天、汽车工业、自动化控制、机器人、生物医学 以及军事领域。
加速度计按传感的敏感材料来分可以分为压电式、电容式、动圏式、压阻 式、隧道式、扭摆式、力平衡式、谐振式、光纤、温度效应等加速度计；按感 应的方向可以分为单轴加速度计和多轴加速度计。
尽管加速度计的种类很多，但是压电加速度计目前依然占主要地位。压电 加速计的基本原理是牛顿力学，主要是利用了压电材料的压电效应，它的特点 是高Q值、低阻尼、高的输出阻抗、温度范围广。所谓压电效应是指某些 晶体在受到外力作用而发生形变时，在它的某些表面上会出现电荷。压电加速 度计的敏感单元是在基座上通过弹性元件连接质量块，弹性元件由压电材料构 成或在其上附有压电材料，当外界的加速度作用在基座上时，质量块会受到惯 性力的作用，并产生相应的振动，弹性元件在质量块的作用下会发生形变，同 时也会使压电材料发生形变，压电材料因为压电效应而产生电压。压电陶瓷是 目前主要的压电材料，但是脆性很大，PVDF(聚偏二氟乙烯，Polyvinylidene Fluoride)是一种具有较强压电性的新型的压电材料，并且容易弯曲，是制作 传感器的良好材料。
常用的压电式加速度计的结构大体有以下三种类型压缩式、剪切式和弯 曲式。压缩式加速度计是目前比较常见的一种，其中正压式单轴压电加速度计 的敏感单元结构如图l所示，包括基座13、质量块11和连接它们的压电片12， 该类加速度计结构简单，装配简单，但灵敏度低。
实用新型内容
为了克服压电式加速度计灵敏度低的缺点，提供一种灵敏度高的压电加速度计。
本实用新型的技术方案如下
一种压电加速度计，包括敏感单元、电极引线、前置放大电路、外壳底 座、外壳和输出电缆，其中敏感单元由一个压电环、两个金属壳和一个质量块 组成。两个金属壳的外侧边缘与中间夹心的压电环紧紧粘连在一起，两个金属 壳可以是不对称的。其中一个金属壳固定在外壳底座上，另一个金属壳与质量 块固定。
上述金属壳可以采用黄铜、不锈钢、铝合金等材料制成，上述金属壳可 以是平顶锥形或平顶半球形。压电环可为压电陶瓷材料(例如PZT)、压电材 料-环氧树脂的复合材料(0-3型，1-3型，1-3-2型或2-2型)或者弛豫铁电单 晶材料(例如PMN-PT， PZN-PT)。质量块为钨材料。
在振动测量时，外壳固定在被测对象上，振动加速度通过外壳底座无损地 传递到敏感单元的下金属壳上，由于与上金属壳粘连的质量块的惯性作用，在 上下金属壳之间的压电材料环上形成压力和弯矩，引起压电环的形变，从而在 压电环的上下电极之间产生响应电压。
本实用新型的优点与技术效果采用金属壳和压电环的压电-金属复合材料 代替传统正压型压电加速度计的压电片，在体积增加不大的情况下，大幅度提 高了加速度计的灵敏度；在压电-金属复合材料中采用压电环代替压电片，在 尺寸相同的情况下，降低了一阶固有频率，适合低频使用；进一步提高了灵敏 度，与金属壳和压电片组成的压电-金属复合材料相比，灵敏度提高5倍以上； 同时减轻了重量，节省了压电材料。总之，本实用新型采用压电环-金属壳结 构制作的压电加速度计，具有灵敏度高、质量轻、节省压电材料、适合低频应 用的特点，可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动 测量。


图l是正压式单轴压电加速度计原理示意图。
图2是本实用新型压电加速度计的中心剖面正视图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例进一步详细说明本实用新型，^旦不以任何方式 限制本实用新型的范围。
如图2所示，该加速度计的敏感单元由压电环61、两片金属壳62和质量 块63构成。金属壳62与压电环61用环氧树脂夹心粘接，其中一个金属壳62 的顶部用环氧树脂与圆柱形金属质量块63同轴对称粘接。
另外一个金属壳62用环氧树脂紧紧固定在金属外壳66的底座65上，从 金属外壳66的边缘用焊锡焊接引出电极引线67,连接电极引线67至前置放 大电路64的输入端，前置放大电路64的输出端和输出电缆68相连，将金属 外壳66与安装底座69固定。
权利要求1、一种压电加速度计，包括敏感单元、电极引线、前置放大电路、外壳底座、外壳和输出电缆，其特征在于所述敏感单元是由压电环、两个金属壳和一个质量块构成，所述两个金属壳相对设置，并与压电环夹心扣合，所述质量块与其中一个金属壳粘接。
2、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于所述两个金属壳是 平顶锥形或平顶半球形。
3、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于所述两个金属壳是 不对称的。
4、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于所述压电环是压电 陶瓷材料。
5、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于所述压电环是弛豫 铁电单晶材料。
6、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于所述压电环是压电 材料-环氧树脂的复合材料。
7、 如权利要求1所述的压电加速度计，其特征在于质量块为钨材料。
专利摘要本实用新型属于传感器和换能器技术领域，具体涉及到一种新型结构的加速度计，其敏感单元由一个压电环、两个平顶金属帽(壳)和一个质量块构成。本实用新型采用压电环-金属壳结构制作的压电加速度计，具有灵敏度高、质量轻、节省压电材料、适合低频应用的特点，可以广泛应用于地震勘探、工业生产、科学研究和国防领域的振动测量。
文档编号G01P15/09GK201322756SQ20082021398
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者李朝晖, 栾桂冬, 熊裕辉, 纪君宠 申请人:深圳先进技术研究院;北京大学