[发明专利]一种高温压电式振动传感器及提高其稳定性的方法

说明书

本发明提供了一种高温压电式振动传感器，所述振动传感器为平面剪切结构，所述平面剪切结构的底座中心向两侧对称装配有绝缘片、接线片、压电陶瓷元件、接线片、压电陶瓷元件、补偿片、接线片、绝缘片和质量块，其中，补偿片和临近补偿片的压电陶瓷元件采用串联方式连接。本发明所提供的高温压电式振动传感器，采用平面剪切结构，减弱了中心压缩结构对底座应变敏感性和环形剪切及三角剪切结构装配复杂成本较高等问题，降低了传感器对温度灵敏度的影响。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种高温压电式振动传感器及提高其稳定性的方法。

背景技术

高温压电式振动传感器又称高温压电加速度计，是用高温压电材料作为敏感元件，利用压电效应，将输入的振动加速度信号转换为电荷信号输出实现测量，具有自发电、使用温度高、体积小、抗电磁干扰能力强、寿命长、可靠性高等优点，是航空发动机振动测量用传感器的首选，具有不可替代性。目前，国内航空发动机用高温压电式振动传感器使用较多的是采用PZT基压电陶瓷作为敏感元件的260℃高温压电式振动传感器，传感器输出方式为电荷信号输出。然而，其在使用过程中随着温度升高，传感器的电荷灵敏度均出现随温度升高而升高的现象，特别是当工作温度超过180℃时，传感器的电荷灵敏度往往会超过室温电荷灵敏度的20％以上，从而影响传感器振动测量精度，无法真实反应航空发动机高温振动特性。行业内研究学者通过适当的信号调理电路可以进行适当的信号补偿，但受制于电子元器件工作温度(一般最高不超过125℃)，无法在此类传感器中实现；通过陶瓷材料掺杂改性、优化加工生产工艺等方法也可一定程度上对材料压电性能和稳定性有一定改善，但受材料固有特性(如通常压电陶瓷可稳定工作温度一般在其居里温度的1/2，PZT基压电陶瓷的居里温度通常在350℃)限制，温度稳定性方面改善能力有限，仍无法获得满意的效果。

因此，需提供一种温度稳定的高温压电式振动传感器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于针对航空发动机用260℃高温压电式振动传感器高温温度稳定性较差问题通过传感器结构设计、零件材料选用、增加补偿片、采用适当老化工艺等方法提高高温压电式振动传感器温度稳定性，进而提高传感器高温环境下的测量精度。

本发明提供了一种高温压电式振动传感器，所述振动传感器为平面剪切结构传感器，所述平面剪切结构的底座中心向两侧对称装配有绝缘片、接线片、压电陶瓷元件、接线片、压电陶瓷元件、补偿片、接线片、绝缘片和质量块，其中，补偿片和临近补偿片的压电陶瓷元件采用串联方式连接。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述压电陶瓷元件通过螺杆固定在底座上，所述螺杆的弹性模量E≥85GPa，弹性模量的温度变化率＜20％。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述补偿片的电容变化率与所述压电陶瓷元件的电容温度变化趋势相反。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述补偿片包括BaTiO₃基陶瓷。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述BaTiO₃基陶瓷包括下述组分：Ba42.0-44.0wt％，Ti 13.0-16.5wt％，Bi 4.5-6.6wt％，Rb 1.0-1.5wt％，Sn 5.5-6.5wt％，其余为C、O。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述补偿片的长度和宽度与所述压电陶瓷元件长度和宽度相同，厚度为压电陶瓷元件厚度的1/3-1/2。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述补偿片双面喷涂与所述压电陶瓷元件相同成分的电极材料。

本发明所提供的高温压电式振动传感器，还具有这样的特征，所述振动传感器进行了老化处理，所述老化处理包括温度老化和振动老化相结合的方式。