[发明专利]一种集成压电式万向冲击传感器及其压电敏感元件的制造方法

说明书

本发明公开了一种集成压电式万向冲击传感器及其压电敏感元件的制造方法，涉及传感器技术领域。本发明包括质量块和压电敏感元件，所述压电敏感元件上设置有Z轴轴向压力敏感输出电极对、Y轴轴向压力敏感输出电极对、X轴轴向压力敏感输出电极对和质量块焊接电极；所述质量块通过质量块焊接电极焊接在压电敏感元件顶部；本发明采用新型的集成结构模型，将Z轴压缩式感应输出与X、Y轴剪切感应输出集成一体，通过后续的分区极化，实现了X、Y及Z轴的敏感输出，技术得到了较大的革新改进。

技术领域

本发明涉及压电式传感器技术领域，更具体地说涉及一种集成压电式万向冲击传感器及其压电敏感元件的制造方法。

背景技术

随着工业机械低频振动监控、汽车加速度冲击检测、桥梁振动监测、军用碰撞引信等应用市场需求的发展，对冲击传感器的小型化、方向灵敏度、集成化等方面提出了更高的要求。压电式冲击传感器是该应用领域的重点分支，小型化、高灵敏度、集成化、多方向敏感成为了新型压电式传感器的发展方向。

目前典型的压电式冲击传感器基本结构是由压电敏感元件及机械结构件组成，压电冲击敏感元件采用压电陶瓷片叠装实现，封装腔体采用金属机械加工而成，陶瓷片厚度受限于机械强度的限制最薄0.5mm左右，如要提高传感器灵敏度度，就需要增加叠装的陶瓷片数量，造成传感器体积变大。由于力学撞击或者传递的复杂特性，就需要监测三轴方向的振动，单个压电传感器只能监测单轴方向，如要解决这个问题一般采用多点布局或者多轴安装的方式，造成体积大、成本高。

国家知识产权局于2007年11月21日，公开了一件公开号为CN101074895A，名称为“阵列压电传感器”的发明专利，该发明专利的传感器金属外壳由上至下依次设置有橡胶封装层、压电敏感层、电极转接板和电荷读出集成电路。压电敏感层包括PVDF片，PVDF片的一面为整片电极，另一面为阵列电极。阵列电极与突出位置一一对应。电荷读出集成电路为带有电荷注入电极的CCD集成电路。该发明专利利用压电原理与集成电路相结合的方法，不仅使阵列压电传感器的动态性能和抗干扰能力得到明显改善，稳定性也得到大大加强，同时具有表面柔顺、体积小、集成度高的特点。上述现有技术中虽然解决了集成度不高的缺点，但是还存在以下问题：首先，其采用PVDF压电片作为敏感元件，存在灵敏度低的缺点，无法检测低压力信号；其次，其只能感应与电极同方向的压力信号，无法检测其它方向的压力信号，存在检测盲区；最后，该阵列还存在传感器结构复杂、组成部件多的缺点，不利于与检测系统的集成。

国家知识产权局于2013年8月21日，公开了一件公开号为CN103256868A，名称为“一体化触地压电引信”的发明专利，该发明专利的传感器由信号处理电路模块、信号输出组件、壳体、压电片、预紧环、惯性质量块、绝缘片、引线片、定位环、引线、压环及上盖组成。该传感器通过压电片感知由质量块引起的惯性冲击力，输出电荷给信号处理电路模块，从而判断冲击加速度的大小，该发明专利给出的触地传感器具有检测线性度好、可靠性高、抗冲击力强的特点。上述的技术虽然给出了处理电路与敏感元件一体化的解决方案，但是还存在一下问题：首先，敏感元件还是采用传统的压电陶瓷片，其灵敏度与体积存在较大的矛盾，无法实现高灵敏度小体积的要求；其次，该传感器采用大质量块提高其传感器灵敏度，导致传感器频率响应特性急剧降低，无法检测高频振动信号；再次，该传感器只能检测轴向方向的冲击压力信号，无法检测多方向的冲击力；最后，该传感器采用的组件数量多、加工装配工艺复杂、材料选用种类多不利于批量化的生产。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种集成压电式万向冲击传感器及其压电敏感元件的制造方法，本发明的发明目的旨在于提供一种压电式传感器解决现有压电传感器体积大、灵敏度低、检测方向单一、集成度不高的问题，在小体积情况下，实现高灵敏度、宽频带响应、万向敏感检测的集成化传感器。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：