[其他]聚偏氟乙烯壓電薄膜加速度傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86209155
• 申請日: 1986-11-19
• 公開（公告）號: CN86209155U
• 公開（公告）日: 1987-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱曉云
• 申請（專利權(quán)）人: 航空工業(yè)部第六二五研究所
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09;G01D5/12
• 代理公司: 航空工業(yè)部專利事務(wù)所
• 代理人: 吳厚先,張德勝

本發(fā)明涉及一種新型的加速度傳感器。

現(xiàn)有的壓電式加速度傳感器，一般都是用壓電石英或壓電陶瓷等無機壓電材料作為轉(zhuǎn)換元件的。無機壓電材料是脆性材料，加工難度大、要求高、裝配也較為復(fù)雜，因而，成本也較高。而且加工、裝配和使用過程中容易破碎損壞。

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有壓電式加速度傳感器的缺點進(jìn)行改進(jìn)，為用戶提供結(jié)構(gòu)簡單、便于加工、耐沖擊，不易損壞、價格低廉的加速度傳感器。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，在包括基座、殼體、電纜插座、慣性質(zhì)量塊和敏感元件的加速度傳感器中，由至少一片張緊的聚偏氟乙烯壓電薄膜作為敏感元件，在基座與殼體之間有一個壓電薄膜張緊裝置，被張緊的壓電薄膜與慣性質(zhì)量塊直接接觸。基座上裝有電纜插座，可以引出與加速度成比例的電信號。在工作狀態(tài)下，基座被固定在被測物體上。該傳感器中張緊裝置上的壓電薄膜與質(zhì)量塊構(gòu)成一個單自由度的“質(zhì)量－彈簧”系統(tǒng)，即壓電薄膜起了彈簧的作用。傳感器中的質(zhì)量塊能感受被測物體的加速度，由于質(zhì)量塊本身的慣性而使張緊的壓電薄膜在被測物體加速度作用下產(chǎn)生微小的機械變形，聚偏氟乙烯壓電薄膜的微小機械變形導(dǎo)致壓電薄膜的內(nèi)、外表面產(chǎn)生正負(fù)相反的異性電荷，由于在聚偏氟乙烯壓電薄膜的表面上有一層導(dǎo)電物質(zhì)，這些電荷將通過壓電薄膜表面上的導(dǎo)電層電極給出反應(yīng)被測物體加速度變化的電信號，經(jīng)電纜插座引出。在被測物體的振動頻率遠(yuǎn)小于“質(zhì)量塊－壓電薄膜”系統(tǒng)的自身共振頻率時，并且在薄膜機械變形量不大時，壓電薄膜輸出的電信號與被測物體的加速度成正比。

本發(fā)明的新型加速度傳感器，所采用的聚偏氟乙烯壓電材料的壓電常數(shù)相當(dāng)于石英的數(shù)十倍，材料柔性和韌性好，加工容易、成本低。在使用中這種傳感器具有耐沖擊和不易損壞的優(yōu)點。試驗結(jié)果表明，這種傳感器的性能與壓電晶體加速度傳感器基本一致。在很多場合可用本發(fā)明傳感器替代壓電晶體加速度傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和不同應(yīng)用場合的具體要求，本發(fā)明的加速度傳感器可以具有多種具體結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖詳細(xì)地說明兩種不同結(jié)構(gòu)的實施例。

圖1是有一片壓電薄膜的傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是有兩片壓電薄膜的傳感器結(jié)構(gòu)的示意圖。

參見圖1：〔1〕是慣性質(zhì)量塊；〔2〕是聚偏氟乙烯壓電薄膜；〔3〕是預(yù)緊彈性元件；〔4〕是預(yù)緊螺釘；〔5〕是殼體；〔6〕是輸出信號線；〔7〕是基座；〔8〕是電纜插座。

由基座〔7〕、慣性質(zhì)量塊〔1〕、壓電薄膜〔2〕、預(yù)緊彈性元件〔3〕和預(yù)緊螺釘〔4〕組成壓電薄膜〔2〕的張緊裝置。慣性質(zhì)量塊〔1〕與張緊的壓電薄膜〔2〕的導(dǎo)電層緊密接觸。張緊螺釘〔4〕旋進(jìn)基座中心的螺紋孔中，預(yù)緊彈性元件〔3〕置于張緊螺釘〔4〕和慣性質(zhì)量塊〔1〕之間。用張緊螺釘〔4〕可以調(diào)節(jié)壓電薄膜〔2〕的張緊程度。壓電薄膜〔2〕的內(nèi)表面導(dǎo)電層為一個電極與基座〔7〕和電纜插座〔8〕的外殼相連接。壓電薄膜的外表面為另一個導(dǎo)電層電極，經(jīng)輸出信號線〔6〕與電纜插座〔8〕的芯線連接。基座〔7〕和殼體〔5〕為金屬件，構(gòu)成一個封閉的金屬外殼，兼有屏蔽電磁干擾的作用。基座〔7〕由一個中心帶有螺紋通孔的圓柱體和一個底部與圓柱體相連的、包圍圓柱體的圓環(huán)構(gòu)成，圓柱體頂部有一個與圓柱體同心的凹下的圓臺。慣性質(zhì)量塊〔1〕由外徑不同的小軸和大軸構(gòu)成階梯軸，小軸插在基座圓柱體頂部的凹臺內(nèi)，大軸的外徑與基座圓柱體外徑相同。壓電薄膜〔2〕緊套在慣性質(zhì)量塊和基座〔7〕的圓柱體外面，在薄膜和慣性塊的小軸之間形成一個環(huán)狀空腔。

圖1所示結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯壓電薄膜加速度傳感器是這樣工作的：傳感器固定在被測量的物體上。當(dāng)被測物體有加速度變化時，慣性質(zhì)量塊〔1〕受到慣性力作用而相對機座〔7〕出現(xiàn)微小的相對位移。與慣性質(zhì)量塊接觸的壓電薄膜〔2〕和慣性質(zhì)量塊〔1〕一起運動導(dǎo)致壓電薄膜〔2〕產(chǎn)生微小的機械變形，這樣就使壓電薄膜〔2〕的內(nèi)部張力發(fā)生變化，在壓電薄膜〔2〕中產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)。壓電薄膜〔2〕的內(nèi)、外表面呈現(xiàn)正負(fù)相反的異性電荷，并通過壓電薄膜〔2〕表面導(dǎo)電層電極與輸出信號線〔6〕和電纜插座〔8〕芯線引出此電信號。

被測物體在一定頻率范圍內(nèi)，傳感器輸出的電信號與傳感器所受的加速度成正比。

圖2是本發(fā)明的聚偏氟乙烯壓電薄膜加速度傳感器的另一種實施例。

參見圖2：〔2〕是聚偏氟乙烯壓電薄膜；〔5〕殼體；〔6〕輸出信號線；〔7〕基座；〔8〕電纜插座；〔9〕球形質(zhì)量塊；〔10a〕與〔10b〕是張緊框架；〔11a〕與〔11b〕是張緊壓環(huán)；〔12〕是小鋼球；〔13〕是環(huán)形導(dǎo)電片，〔14〕是內(nèi)圓環(huán)凸臺；〔15〕是外圓環(huán)凸臺。