[发明专利]一种压电加速度传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种压电加速度传感器及其制备方法，属于加速度传感器领域。该传感器包括螺栓、质量块、绝缘片I、绝缘片II、压电堆、电极片和底座；所述压电堆两端设有电极片，用于提取压电柱产生的电荷；所述绝缘片I和绝缘片II设置在电极片外侧，用于为压电堆与底座之间提供电学绝缘；所述质量块和底座分别设置在绝缘片I和绝缘片II外侧；所述质量块、绝缘片I、绝缘片II、压电堆、电极片和底座由螺栓串联。本发明通过多层嵌套的方式制作压电环及压电片状换能结构，代替传统的压电陶瓷片，提高了灵敏度，降低了最大横向灵敏度比，以满足大量程、高灵敏度、低横向灵敏度的应用要求。

技术领域

本发明属于加速度传感器领域，涉及一种压电加速度传感器及其制备方法。

背景技术

压电加速度传感器是一种利用压电效应进行机电能量转换的器件，具有灵敏度高、工作频率范围宽、动态线性范围大、尺寸小、质量轻等特点，广泛应用于振动冲击和线性加速度测量，应用范围包含了航空航天、核能电力、船舶交通、生物医学等行业领域，成为最为普遍使用的加速度传感器。传统的压电加速度传感器通常由质量块、压电元件盒电路等部分组成。压电元件可以是单片，或多片压电陶瓷组成的叠堆。但现阶段的压电加速度传感器性能较低，导致核心换能元件的性能较低，不能满足大量程、高灵敏度、低横向灵敏度的应用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压电加速度传感器及其制备方法，该传感器具有灵敏度高、最大横向灵敏度小、抗冲击能力强、量程大等优点，具有良好的应用价值。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压电加速度传感器，包括螺栓、质量块、绝缘片I、绝缘片II、压电堆、电极片和底座；

所述压电堆两端设有电极片，用于提取压电柱产生的电荷；

所述绝缘片I和绝缘片II设置在电极片外侧，用于为压电堆与底座之间提供电学绝缘；

所述质量块和底座分别设置在绝缘片I和绝缘片II外侧；

所述质量块、绝缘片I、绝缘片II、压电堆、电极片和底座由螺栓串联，形成多层夹心式结构，由螺栓提供纵向的预紧力；

所述压电堆包括压电柱I、填充物I、紧固套管I、压电柱II、填充物II和紧固套管II；

其中，所述压电柱I为圆周分布，与填充物I组成环形结构，嵌入紧固套管I之中，组成敏感结构I；

所述压电柱II为圆周分布，与填充物II组成环形结构，嵌入紧固套管II之中，组成敏感结构II；

所述敏感结构I嵌入敏感结构II之中，形成压电堆。

进一步，所述压电柱I和压电柱II是由压电陶瓷或压电晶体经过切割加工而成的，或者是由压电材料直接注塑而成的，或者是压电纤维材料构成。

进一步，所述填充物I和填充物II是由有机聚合物与填充颗粒组成的混合物经高温固化而成的，或者是能够与压电陶瓷共烧的无机材料构成。

进一步，所述紧固套管I和紧固套管II为敏感结构I和敏感结构II提供径向紧固力，所述紧固套管I和紧固套管II是由金属材料或具有一定强度的非金属材料制成；

进一步，在受热膨胀时，将敏感结构I和敏感结构II分别嵌入紧固套管I和紧固套管II，随着温度降低，施加径向紧固力，所述温度能够根据传感器工作温度调节。

根据所述压电加速度传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备压电柱，将压电柱排列成圆环形式，并置于浇注专用模具中，等待浇注；

S2：根据设计需要，配制不同比例的有机聚合物和填充颗粒的混合物，注入浇注模具中环形排列的压电柱，保证所有刀缝均填充满填充物；