[实用新型]压电加速度传感器

说明书

本实用新型的压电加速度传感器，包括外壳、底座、压电陶瓷元件、紧固件和质量块，压电陶瓷元件具有环状且中心对称的压电陶瓷层和环状且中心对称的内电极层；压电陶瓷层的外周侧上隔着间隔且中心对称地设有作为外电极的导电层，内电极层的外周侧上隔着间隔且中心对称地形成有电极缺口，导电层与电极缺口相对应；压电陶瓷元件由两层以上的压电陶瓷层和内电极层相互堆叠共烧而成，且形成为如下结构：压电陶瓷层相邻两侧的内电极层相互呈规定角度，内电极层的电极缺口与压电陶瓷层的导电层连接形成并联电路。根据本实用新型的多层压电陶瓷元件的压电系数高，而且体积小，可减小对配重质量的要求，从而具有灵敏度高、频率响应范围宽、重量轻等优点。

技术领域

本实用新型涉及传感器和换能器技术领域，尤其涉及一种主要用于振动检测和监测的压电加速度传感器。

背景技术

压电加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、压电元件和电路等部分组成。加速度传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据加速度传感器中敏感元件的不同，按其原理可以分为多种常见类型，如压电式、压阻式、电容式、谐振式、电感式、应变式等。

其中，压电式加速度传感器是一种用于测量设备或物体等振动的机电传感器，以其灵敏度高、使用频率范围宽、稳定性好等众多优点，成为最为普遍使用的加速度传感器，目前广泛应用于航空航天、核能电力、船舶交通、生物医学等各个行业领域。

具体地，压电式加速度传感器基于压电材料的压电效应而工作，其性能指标众多，最重要的是灵敏度和频率响应范围，而二者却是相互制约的。压电式加速度传感器的灵敏度主要由并联压电片数、压电应变系数和配重质量决定，即。根据该公式可知，在压电材料的压电应变系数一定的情况下，为了提高加速度传感器的灵敏度，通常会采用增加配重质量或增加并联压电片数的方法。然而，这会使整个加速度传感器的重量增加且体积增大，从而导致加速度传感器的频率响应范围下降。

因此，为了克服上述问题，提高加速度传感器的频率响应范围，只能采取减少配重质量或减少并联压电片数的方法。然而，这同时又这会导致加速度传感器的灵敏度下降。可在实际应用中，为满足航空、航天等众多行业对于高精度测振的要求，通常需要加速度传感器同时具有高灵敏度、宽频率响应范围、体积小、重量轻等优点。

特别是耐高温的压电式加速度传感器，其压电材料的压电系数通常都较低，为使加速度传感器具有一定的灵敏度来保证输出信号的信噪比，而通常选择牺牲加速度传感器频率响应范围来保证灵敏度。因此，此类耐高温的加速度传感器相对于常温的加速度传感器，往往具有体积较大、重量较重、频率响应范围较窄等特点，但显然无法同时满足高精度测振的要求。

基于此，近些年出现了一种形成为多层膜结构的压电陶瓷元件，其采用陶瓷粉体流延成型工艺和内电极共烧技术制成，结构如图6所示，内电极12为叉指型电极，压电陶瓷层11通过内电极12和外电极13形成电学上的并联。相较于传统的单片压电陶瓷元件，该多层压电陶瓷元件能极大地增加并联的片数，在相同压电陶瓷厚度的情况下，可使压电系数为单片压电陶瓷元件的数倍乃至数十倍。

因此，理论上，采用此种多层压电陶瓷元件装配加速度传感器，在其它元件相同的情况下，灵敏度可以达到单片压电陶瓷加速度传感器的几倍，可有效提高加速度传感器灵敏度，保证加速度传感器的频率响应范围，具有极大的优点。然而，实际上，经试验发现，采用该种多层压电陶瓷元件制成的加速度传感器其横向灵敏度比较大，远超5%的规定，也无法满足高精度测振的要求，故而多层压电陶瓷元件无法在加速度传感器上得到实际使用。

实用新型内容

实用新型要解决的问题：

鉴于以上存在的问题，发明人锐意进取努力研究发现，由于现有的多层压电陶瓷采用叉指型电极，正负电极错开相对，导致压电陶瓷元件的极化方向P与加速度传感器的主轴方向Z不重合，从而如图7所示，在与Z轴垂直的XY平面内产生分量，即、产生了横向灵敏度。