[发明专利]差动压电式三维加速度传感器

说明书

技术领域 

本发明涉及一种三维加速度传感器，尤其涉及一种差动压电式三维加速度传感器。 

背景技术

三维加速度传感器在各个领域都有广泛的应用。尤其在轴承故障诊断领域，据统计，旋转机械设备中的很多故障均与滚动轴承有着密切的联系，其中，70％的机械故障由振动故障引起，而30％的振动故障是有滚动轴承引起的。当轴承出现缺陷时，轻则系统功能降低或是失去，重则发生严重甚至灾难性的事故。因此，对轴承振动状态进行监测有利于发现轴承早期故障、预防安全事故以及降低经济损失。 

振动信号通常是通过加速度传感器获取的。而轴承振动信号的获取大多是基于一维加速度传感器或二维加速度传感器获取的振动信号，但它们并不能完全表达轴承各向的振动状态，采用多个加速度传感器获取轴承各向的振动状态需要更大的安装空间和更高的安装条件。然而，目前的三维压电式加速度传感器存在结构复杂、体积大、输出灵敏度低和安装要求高等缺点。 

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种差动压电式三维加速度传感器，结构简单、尺寸小，并且采用压电片实现了三维加速度的差动式精确测量。 

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种差动压电式三维加速度传感器，其特征在于：包括基座(1)、质量块(7)和压电片(4)，所述基座(1)和质量块(7)均为正方体且该质量块(7)套装在该基座(1)内，所述质量块(7)的四个侧面上分别设置有一个凸台(9)且在每一凸台(9)上分别贴有一个压电片(4)，其中在该质量块(7)左侧面的凸台上贴有第三压电片(4-3)，在该质量块(7)右侧面的凸台上贴有第四压电片(4-4)，在该质量块(7)前侧面的凸台上贴有第五压电片(4-5)，在该质量块(7)后侧面的凸台上贴有第六压电片(4-6)； 

在该质量块(7)上侧贴有第一压电片(4-1)，在该质量块(7)的下侧贴有第二压电片(4-2)； 

所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)用于对Z轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)用于对X轴方向上的加速度进行差动式测量；所述第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)用于对Y轴方向上的加速度进行差动式测量。 

本发明的结构简单、尺寸小，并且在质量块的六个侧面上均贴有压电片，使得三维各方向上的固有频率和输出灵敏度相等，降低了三维各方向的耦合影响，实现了三维加速度的差动式精确测量；在质量块的四个侧面上分别设置一个凸台，为信号输出线的引出提供了方便，进一步降低了信号输出线之间的耦合影响，提高了三维加速度差动式测量的精确度。 

该差动压电式三维加速度传感器还包括三个差分放大电路，其中所述第一压电片(4-1)、第二压电片(4-2)与第一差分放大电路(12)连接，第三压电片(4-3)、第四压电片(4-4)与第二差分放大电路(13)连接，第五压电片(4-5)、第六压电片(4-6)与第三差分放大电路(14)连接。本发明采用差分放大电路， 不仅可以提高三维加速度传感器输出的灵敏度，而且可以提高三维加速度传感器输出的信噪比。 

该差动压电式三维加速度传感器还包括稳压供电电路，用于分别向该第一差分放大电路(12)、第二差分放大电路(13)和第三差分放大电路(14)提供电源。 

在该质量块(7)的四个侧面，对应的凸台(9)与压电片(4)之间设置有导电盘(6)；在该质量块(7)的上侧与该第一压电片(4-1)之间，该质量块(7)的下侧与该第二压电片(4-2)之间分别设置有导电盘(6)； 

所述导电盘(6)分别与对应的信号输出线(5)连接。 

本发明采用导电盘，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。 

在所述质量块(7)上的压电片(4)形状相同且相对的压电片(4)对称设置，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。 

该差动压电式三维加速度传感器还包括预紧板(3)且该基座(1)的上侧为开口，该预紧板(3)盖在该基座(1)的上侧，将该质量块(7)压紧至该基座(1)内。本发明采用预紧板，将质量块压紧至基座内，便于对基座内的器件进行维护。 

在所述基座(1)的四个侧面以及该预紧板(3)上分别开设有引线孔(10)，与各导电盘(6)连接的信号输出线(5)分别从对应的引线孔(10)穿出，连接至航空接头(8)，减小了三维各方向上信号输出线之间分布电容的影响，进一步提高了三维加速度差动式测量的精确度。