[实用新型]一种高敏度压电式加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及加速度传感器领域，尤其是一种高敏度压电式加速度传感器。

背景技术

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。

现在所用的压电式加速度传感器的精度不高，压电晶片的数量为一片或两片，不能满足测量要求。

压电元件受力后产生的电荷量极其微弱，如果用一般的测量电路来进行测量，会被输入电阻迅速泄漏引入测量的误差，影响测量结果，同时产生的微弱电荷量不能直接连接电压表显示和记录，需要进行阻抗变换和信号放大。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种由多个压电晶片并联组成石英晶堆的压电元件，同时设置电荷放大器，进行阻抗变换和信号放大，具有高敏度的压电式加速度传感器。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，包括外壳，所述外壳内设置有保护层，保护层与基座连接，保护层内设置有惯性质量块，保护层与惯性质量块之间有间隙，不完全接触，惯性质量块通过弹簧与保护层接触，且横向固定于保护层之内，惯性质量块与基座之间设置有石英晶堆，石英晶堆与惯性质量块之间设置有导体，其与连接器连接，并连接前置放大器。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述石英晶堆包括并联设置的N块石英晶片，N>1；所述石英晶片之间平行设置，且不接触。

以上结构，石英晶堆的设置，能够增加电荷的产生，对加速度的应力有更高的灵敏度，同时并联设置也会增加电荷的产生，从而提高传感器的灵敏度。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述保护层为刚性材料。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述前置放大器采用电荷放大器，所述电荷放大器包括电荷转换级、归一化放大级、滤波器、输出级和稳压电源。

以上结构，电荷放大器把高输出阻抗转变为低输出阻抗，把输入电荷量转变为输出电压量，把传感器的微弱信号放大到一个适当的归一化数值。电荷转换级将传感器的输出电荷信号转换成电压信号；为适应不同量程的加速度传感器配接而使其输出电压归一化，设置了归一化放大级，通过归一化放大级调节，不同灵敏度的加速度传感器等量输入加速度后，输出电压相同；滤波器能够滤除干扰信号；输出级中的放大器是为了使放大器输出合适的电压信号；稳压电源为电路中的元件提高稳定的直流电。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述电荷转换级包括并联的电阻R1、电阻R2、反馈电容C1、反馈电容C2和反馈电容C3，其连接运算放大器的反向输入端，同时反向输入端和输出端之间还并联有电容C4、电容C5和电阻R3；所述输出端上设置有模拟开关1和模拟开关2。

以上结构，反馈电容采用具有高泄漏电阻、吸附性小和温度稳定的聚苯乙烯电容器；电荷放大器的灵敏度的改变主要通过改变反馈电阻的大小来实现，现在的电荷放大器的灵敏度通过手动切换，缺乏灵活性，本实用新型的电荷转换级通过模拟开关1和模拟开关2实现自动切换不同的反馈电容，达到改变放大器的灵敏度的目的。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述归一化放大级，用于电压放大和归一化处理，包括TL081、可调电阻R11和R12、电容C11和电容C12、电阻R13；所述TL081的反向输入端（引脚2）上连接有电阻R13，反向输入端（引脚2）和输出端（引脚6）之间连接有调电阻R11，所述TL081的同相输入端（引脚3）上连接有可调电阻R12，所述TL081的4引脚连接电容C11，并接地；所述TL081的7引脚连接电容C12，并接地。

以上结构，电阻R13为精度在0.5%的精密金属膜电阻，电阻R13直接影响归一化放大级的精度，在归一化时，调节电阻R11，选择合适的电阻R13值就能实现。

本实用新型一种高敏度压电式加速度传感器，所述滤波器为跟踪滤波器；包括差分放大器、滤波器、单片机、低通滤波器、比较器LF353和倍频电路。