[发明专利]一种内嵌式压电加速度传感器结构

说明书

本发明公开了一种内嵌式压电加速度传感器结构，属于压电加速度传感器技术领域，内嵌式压电加速度传感器结构包括基座，基座上设置有凹槽，凹槽内设置有两个第一压电元件，两个第一压电元件之间设置有一个弹性质量块，弹性质量块使两个第一压电元件分别贴合于凹槽的两个侧面上。第一压电元件与弹性质量块的重量通过基座凹槽两侧支撑，无传统剪切式结构的中心柱，摆脱了中心柱结构尺寸对小型化的制约，增大传感器结构小型化的潜力。同时，凹槽两侧支撑的形式比单个中心柱的支撑刚度更大，传感器可达到更宽的频率响应范围和更小的测量误差。

技术领域

本发明涉及压电加速度传感器技术领域，尤其涉及一种内嵌式压电加速度传感器结构。

背景技术

在压电加速度传感器的应用中，传感器自身重量会给被测系统带来附加重量，在一定程度上造成频率响应测量误差。因此，许多特种振动测试领域一直追求体积更小、重量更轻的压电加速度传感器，以获得较宽的频率响应范围和尽量小的频率响应测量误差。

压电加速度传感器的典型结构形式主要分为压缩式和剪切式。其中，剪切式的性能通常优于压缩式的性能，主要表现在剪切式的频率响应范围更宽，误差更小。因此，在高频振动测试领域使用的加速度传感器大多为剪切式结构。

目前，现有技术中的剪切式压电加速度传感器按结构形式可细分为三角形剪切、环形剪切和平面剪切，虽然三种细分结构在性能上略有差异，但它们的共同特征是：1、剪切式压电加速度传感器中的第一压电元件、质量块依附在一个中心柱上，外围用预紧环箍住；2、剪切式压电加速度传感器中的第一压电元件、质量块和预紧环的重量完全依靠中心柱支撑。

而现有技术中的剪切式压电加速度传感器为了保证较宽的频率响应范围和较小的测量误差，中心柱必须有足够的刚度以支撑第一压电元件、质量块和预紧环的重量，故中心柱横截面不能缩减得很小。在这种情况下，中心柱的横截面尺寸加上其外围的第一压电元件、质量块和预紧环的尺寸，令传感器难以更大程度的小型化。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种内嵌式压电加速度传感器结构，解决了现有技术中的剪切式压电加速度传感器因采用了中心柱支撑第一压电元件、质量块和预紧环的结构而导致剪切式压电加速度传感器难以更大程度小型化的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供了一种内嵌式压电加速度传感器结构，其包括基座，基座上设置有凹槽，凹槽内设置有两个第一压电元件，两个第一压电元件之间设置有一个弹性质量块，弹性质量块使两个第一压电元件分别贴合于凹槽的两个侧面上。

本方案中一种内嵌式压电加速度传感器结构的基本原理为：将内嵌式压电加速度传感器结构设置在被测构件上，两个第一压电元件和弹性质量块形成一个质量弹簧系统，在被测构件的振动加速作用下，两个第一压电元件受到基座与弹性质量块产生的交变剪切力，进而使得第一压电元件产生与被测构件的振动加速度幅频特性一致的电荷信号，实现对被测构件振动加速度的测量。

进一步地，作为凹槽的一种具体设置方式，凹槽的两个侧面相互平行，两个第一压电元件和弹性质量块的下端面与凹槽的底面之间设置有间隙；通过凹槽的两个侧面和弹性质量块支撑两个第一压电元件的方式，替代了现有技术中的剪切式压电加速度传感器通过中心柱支撑第一压电元件、质量块和预紧环的重量的技术方案，摆脱了中心柱结构尺寸对小型化的制约，增大传感器结构小型化的潜力。同时，凹槽两侧支撑的形式比单个中心柱的支撑刚度更大，传感器可达到更宽的频率响应范围和更小的测量误差。

进一步地，弹性质量块过盈安装于两个第一压电元件之间，通过过盈配合产生的预紧力使两个第一压电元件固定在基座的凹槽内。