一种摩擦电振动传感器的制作方法

本申请涉及振动传感器，尤其涉及一种摩擦电振动传感器。

背景技术：

1、目前在机械设备监测、结构健康监测、车辆振动状态监测和工业自动化等领域都需要进行振动信号测量。一般振动信号测量使用振动传感器。商用振动传感器根据其工作原理分为涡流传感器、光学传感器、电阻传感器、电容传感器、电磁传感器和压电传感器。

2、现有振动传感器在使用过程中大多需要外接电源供电来产生磁场、光信号、电流等物理量，会增加振动传感器的成本以及能耗。另外，现有振动传感器需增加专有电路(比如放大器等)以及使用高价的专用采集卡等设备，使用时还需增加与敏感元件调试的工作，使得成本急剧增加。此外，现有振动传感器产生的电压信号非常小，为了实现电压信号有效放大，使用的放大器在此过程中就会产生大量电能消耗，且长时间使用时还会有漂移现象，降低了传感器的测量精度。最后，现有振动传感器由于采用外接电源供电，当工作时间较长时，会产生明显发热现象，甚至有短路风险，极大增加大范围部署振动传感器的区域发生火灾的概率，尤其极大增加诸如矿井等工作场合下的危险性。综上所述，现有振动传感器存在成本较高、能耗较大、漂移较大、以及安全性较低的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种摩擦电振动传感器，能够解决现有振动传感器成本较高、能耗较大、漂移较大、以及安全性较低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、本发明实施例提供了一种摩擦电振动传感器，包括外壳、弹性体、振子和基座；所述外壳具有密闭的放置腔且能够实现电磁屏蔽；所述弹性体、所述振子和所述基座均设置于所述放置腔内；所述弹性体的一端与所述外壳固定；所述振子包括依次固设的振子基底、振子电极和振子介电体；所述振子基底背离所述振子电极的端面与所述弹性体的另一端固定；所述基座包括依次固设的基座介电体、基座电极和基座基底；所述基座基底背离所述基座电极的端面固设于所述外壳，并使所述振子介电体背离所述振子电极的端面与所述基座介电体背离所述基座电极的端面相贴合，并且所述振子的中部能够做轴向一维运动；所述振子介电体和/或所述基座介电体带电荷。

4、在一种可能的实现方式中，所述振子介电体采用驻极体材料制作，所述基座介电体采用绝缘材料制作。

5、在一种可能的实现方式中，所述振子和所述基座的径向截面相同，中轴线在一条直线上。

6、在一种可能的实现方式中，所述弹性体的径向截面的外轮廓与所述振子的径向截面的外轮廓相同，中轴线在一条直线上。

7、在一种可能的实现方式中，所述放置腔、所述弹性体、所述振子和所述基座均为圆柱状。

8、在一种可能的实现方式中，所述放置腔的内径尺寸与所述弹性体的外径尺寸一致。

9、在一种可能的实现方式中，摩擦电振动传感器还包括滑块；所述外壳的内侧壁上设置有多个轴向延伸的滑槽；多个所述滑槽绕所述外壳的中轴线环形阵列设置；所述振子和所述基座的外侧壁上与所述滑槽对应位置处均设置有一个滑块；所述滑块滑动设置于对应位置处的滑槽内。

10、在一种可能的实现方式中，所述弹性体处于压缩状态以使所述振子和所述基座之间产生预紧力。

11、在一种可能的实现方式中，所述放置腔内为真空状态或者充气状态，所述充气状态所充气体为空气或者保护气。

12、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

13、本发明实施例提供的摩擦电振动传感器，在使用时，先将外壳设置于需要测量的振源上，在振源未振动时，振子介电体背离振子电极的端面与基座介电体背离基座电极的端面相贴合，处于接触的状态。在振源振动时，即摩擦电振动传感器测量振动的过程中，整个外壳作和振源相同的运动。由于基座固设于外壳，基座和外壳也做完全相同的运动。不同于基座与外壳的连接方式，振子与外壳间通过弹性体连接，因此振子和基座的运动有所不同，即在振子和/或弹性体形变的作用下，振子和基座相贴端面之间的间距发生变化。振子介电体和/或基座介电体带电荷，由于静电感应，当间距发生变化时，振子电极和基座电极之间输出的电压信号发生变化。输出的电压信号通过连接振子电极的第一导线和连接基座电极的第二导线输出至信号采集装置(如示波器或采集卡等)进行采集。该电压信号与被测振源的振动之间具有一一对应的关系，从而实现振动的测量。本申请实施例的结构简单且容易制作，安装简单方便，不需要外接电源的情况下就可以进行振动测量，因此成本较低，能耗较小。同时长时间使用时漂移较小，提高了传感器测量精度。由于不需要外接电源供电，自身产热较少，因此即使大规模部署本申请实施例的摩擦电振动传感器，不用防爆设计，安全性也很高。另外，由于在无振动的情况下，振子介电体背离振子电极的端面与基座介电体背离基座电极的端面相贴合，该结构设计能够使摩擦电振动传感器具有更大的频率响应范围，即能够测量0.01hz到至少10khz的频率范围内的振动，而且由于两者在预紧力作用下贴合，为常闭式摩擦电振动传感器，整个摩擦电振动传感器的结构不受重力影响，从而使得摩擦电振动传感器的性能不受安装角度的影响。摩擦电振动传感器适用工况更多，尤其适合桥梁、机械设备和矿井等无法保证电源供应情况下的振动测量场景。

1.一种摩擦电振动传感器，其特征在于，包括外壳、弹性体、振子和基座；

2.根据权利要求1所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述振子介电体采用驻极体材料制作，所述基座介电体采用绝缘材料制作。

3.根据权利要求1所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述振子和所述基座的径向截面相同，中轴线在一条直线上。

4.根据权利要求3所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述弹性体的径向截面的外轮廓与所述振子的径向截面的外轮廓相同，中轴线在一条直线上。

5.根据权利要求1～4任一项所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述放置腔、所述弹性体、所述振子和所述基座均为圆柱状。

6.根据权利要求5所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述放置腔的内径尺寸与所述弹性体的外径尺寸一致。

7.根据权利要求1或6所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，还包括滑块；

8.根据权利要求1所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述弹性体处于压缩状态以使所述振子和所述基座之间产生预紧力。

9.根据权利要求1所述的摩擦电振动传感器，其特征在于，所述放置腔内为真空状态或者充气状态，所述充气状态所充气体为空气或者保护气。