[发明专利]压电式力学传感器温度漂移补偿结构及其补偿方法

说明书

本发明公开了一种压电式力学传感器温度漂移补偿结构及其补偿方法，包括同轴且顺次堆叠的基座、第二绝缘体、第一导电体、压电元件、第二导电体、第一绝缘体和传力体；第一导电体和第二导电体分别与第一导线和第二导线相连，压电元件为圆柱体，该圆柱体包括第一区域和第二区域；第一区域位于压电元件的中部，且与压电元件同轴等厚；第二区域为环形柱体，该环形柱体位于第一区域的外围。本发明完全依靠传感器结构物理方面的设计实现温度漂移补偿，相对传统使用复杂的硬件电路补偿或软件补偿，本发明实现过程相对简单可靠，成本也更低。

技术领域

本发明属于压电式力学传感器的技术领域，具体涉及一种压电式力学传感器温度漂移补偿结构及其补偿方法。

背景技术

压电式力学传感器可涵盖压电式加速度传感器、压电式动态压力传感器、压电式动态力传感器等，该类传感器广泛应用于工业监测和工程测试领域。例如：压电式加速度传感器应用于飞机发动机故障诊断；压电式动态压力传感器应用于燃气轮机运行状态监测系统。

然而，压电元件通常具有一定的温敏特性，主要表现为压电常数往往随工作温度升高而增大，造成压电式力学传感器的灵敏度出现温度漂移现象；这种温度漂移现象会影响传感器的测量精度。

目前常用的温度补偿方法主要包括：硬件补偿、软件补偿。

其中，硬件补偿一般是在硬件电路中添加温敏元件，利用所添加元件的温度漂移系数与传感器自身温度漂移系数方向相反，来实现温度漂移补偿。但硬件补偿存在的缺陷主要在于电路复杂、调试困难等。

软件补偿通常是利用数值分析方法或人工智能方法，对传感器测量数据进行补偿处理。而软件补偿需要建立数学模型并植入专业的补偿处理软件，使测量系统复杂化，容易出现与用户使用的测量系统软件不兼容的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种压电式力学传感器温度漂移补偿结构及其补偿方法，以解决现有压电式力学传感器温度漂移补偿需要附加硬件电路补偿或附加软件补偿，导致测量系统复杂化的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

第一方面，一种压电式力学传感器温度漂移补偿结构，其包括同轴且顺次堆叠的基座、第二绝缘体、第一导电体、压电元件、第二导电体、第一绝缘体和传力体；第一导电体和第二导电体分别与第一导线和第二导线相连。

进一步地，压电元件为圆柱体，该圆柱体包括第一区域和第二区域；第一区域位于压电元件的中部，且与压电元件同轴等厚；第二区域为环形柱体，该环形柱体位于第一区域的外围。

进一步地，第一区域和第二区域的压电极向相反。

进一步地，第一导电体和第二导电体的直径均大于等于第一区域的直径，且小于压电元件的外径。

进一步地，第一导电体和第二导电体的热膨胀系数大于压电元件的热膨胀系数。

进一步地，第一绝缘体、第二绝缘体、传力体和基座的直径均大于等于压电元件的外径。

第二方面，一种压电式力学传感器温度漂移补偿结构的补偿方法，包括以下步骤：

S1、计算压电式力学传感器在被测力学物理量产生的作用力下输出的电荷量 Q：