一种小型宽频高温压电式振动传感器的制作方法

1.本实用新型属于振动传感器的技术领域，具体涉及一种小型宽频高温压电式振动传感器。


背景技术：

2.压电式振动传感器应用领域广泛，常用于航空航天、轨道交通、能源、汽车、工业设备等领域的振动健康监测。而压电式振动传感器的小型化，频率响应范围的提升是测试要求的发展趋势。
3.目前，小型宽频压电式振动传感器通常为iepe型振动传感器，输出信号为电压信号，其频响范围宽，尤其是高频响应优良，其缺点是内部含电子部件，其使用温度最高为180℃，无法满足高温(250℃)测试的需求，而部分能在高温下使用的宽频振动传感器存在频率响应频率不够宽，如中国专利公开号cn208188149u公开的抗恶劣环境的三角剪切式压电加速度计，其频率响应范围仅为5hz～8000hz，无法满足16500hz频率响应要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种小型宽频高温压电式振动传感器，以解决现有小型宽频压电式振动传感器无法满足高温应用的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
6.一种小型宽频高温压电式振动传感器，其包括底座和受感部；底座上开设有中心孔，中心孔内固定有螺杆，受感部通过螺杆固定于底座上；底座一侧与转接筒相连，转接筒内固定有电缆组件；电缆组件的线芯穿过转接筒、底座并与受感部相连；位于受感部上方设有与底部固定连接的上盖；受感部包括敏感元件，敏感元件为压电陶瓷。
7.进一步地，螺杆底部设有一六方凹槽，通过该六方凹槽可施加拧紧力矩。
8.进一步地，底座上开设有螺纹盲孔，转接筒通过螺纹盲孔与底座固定连接。
9.进一步地，受感部还包括正三角安装座、与压电陶瓷数量相同的质量块、预紧筒和调节环；压电陶瓷的数量为三个，三个压电陶瓷的一侧电极分别与正三角安装座的三个面相连，三个压电陶瓷对立一侧的电极分别与三块质量块相连；预紧筒与三块质量块之间过盈配合连接；调节环同心安装于预紧筒上方。
10.进一步地，质量块上与压电陶瓷接触的一侧面为平面，质量块上与预紧筒接触的一侧面为弧形面。
11.进一步地，正三角安装座的中心轴处开设有螺纹通孔，通过该螺纹通孔与螺杆配合将受感部固定于底座上。
12.进一步地，电缆组件中的电缆屏蔽层与上盖相连。
13.进一步地，电缆组件线芯与预紧筒之间通过电阻焊连接。
14.本实用新型提供的小型宽频高温压电式振动传感器，具有以下有益效果：
15.本实用新型中的敏感元件为压电陶瓷，压电陶瓷采用pzt系多相复合陶瓷，其压电
系数d
33
不低于400pc/n，居里温度不低于350℃，使用温度满足-74℃～250℃，且压电系数温度变化率≤0.05％/℃(-25℃～ 125℃)，(-74℃～ 250℃)≤0.15％/℃，保证温度响应精度。
16.本实用新型受感部与底座为分体式结构，便于调装，同时可避免底座应变对振动传感器性能的影响，电缆组件中电缆采用耐高温的低噪声屏蔽电缆，可减小电缆结构间因振动产生的摩擦噪声，提高低频响应精度，可实现0.3hz～16500hz的宽频响应。
17.本实用新型采用自带电缆的结构设计可将高温宽频压电式振动传感器充分小型化，产品不含电缆部分尺寸为s7.5mm
×
11mm，避免因连接器带来的尺寸限制，实现重量不大于2.4g。
附图说明
18.图1为小型宽频高温压电式振动传感器剖视示意图。
19.图2为受感部示意图。
20.图3为压电陶瓷示意图。
21.其中，1、受感部；2、螺杆；3、底座；4、转接筒；5、电缆组件；6、上盖；7、正三角安装座；8、压电陶瓷；9、质量块；10、预紧筒；11、调节环。
具体实施方式
22.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
23.根据本技术的一个实施例，参考图1，本方案的小型宽频高温压电式振动传感器，包括受感部1、螺杆2、底座3、转接筒4、电缆组件5和上盖6。
24.底座3上开设有中心孔，中心孔内固定有螺杆2，受感部1通过螺杆2固定于底座3上；底座3一侧与转接筒4相连，转接筒4内固定有电缆组件5；电缆组件5的线芯穿过转接筒4、底座3并与受感部1相连。
25.位于受感部1上方设有与底部固定连接的上盖6，上盖6从受感部1上方装入底座3，形成传感器壳体。
26.受感部1包括敏感元件，敏感元件为压电陶瓷8。
27.具体的，底座3上有一螺纹盲孔，转接筒4通过此螺纹与底座3相连，电缆组件5线芯穿过转接筒4与底座3的孔，最后与预紧筒10相连，电缆组件5线芯与预紧筒10通过电阻焊的方式连接。为降低电缆晃动产生的噪声，应采用低噪声同轴电缆，同时对底座3穿线处灌封高温环氧胶。
28.转接筒4可采用铝合金，将转接筒4夹持变形即可将电缆组件5固定。上盖6从受感部1上方装入，通过激光焊接与底座3相连，上盖6和底座3均采用钛合金。
29.参考图2，受感部1包括正三角安装座7、压电陶瓷8、质量块9、预紧筒10和调节环11。
30.具体的，正三角安装座7中心轴有一螺纹通孔，螺纹通孔与螺杆2配合连接。
31.螺杆2通过底座3中心孔将受感部1固定于底座3上，具体为螺杆2底部有一六方凹槽，通过该六方凹槽与中心孔内的六方凸起配合连接，可通过六方凹槽施加预紧力，保证受感部1与底座3结合紧密，底座3将感受到的加速度传递给正三角安装座7。
32.在具体安装作业时，应控制底座3与正三角安装座7结合面的粗糙度及平面度，保证结合的刚性。
33.受感部11采用正三角剪切结构，三个压电陶瓷8的一侧电极分别与正三角安装座7的三个面相连，三个压电陶瓷8对立一侧的电极分别与三块质量块9相连；预紧筒10与三块质量块9之间过盈配合连接；调节环11同心安装于预紧筒10上方。
34.即三个压电陶瓷8和三个质量块9分布在正三角安装座7的三个侧面。预紧筒10与质量块9为过盈配合，将压电陶瓷8和质量块9固定。调节环11同心安装于预紧筒10上方，可按需选择调节环11进行配重调节，以实现电荷灵敏度的调试。
35.参阅图3，压电陶瓷8极化方向沿敏感轴方向，压电陶瓷8的一侧电极与正三角安装座7相连，另一侧电极与质量块9相连，当受到轴向加速度时，压电陶瓷8受剪切力形变产生电荷，其电荷聚集在两侧电极输出电荷信号。这种剪切式结构可以避免基座应变的影响，使测量更加准确。
36.为保证传感器有尽可能大的电荷灵敏度，质量块9采用材料为钨合金。
37.为保证传感器具有较高的固有频率，应提高正三角安装座7三个安装面的粗糙度、平面度及垂直度，同时严格控制压电陶瓷8、质量块9、预紧筒10的外形尺寸及贴合面的粗糙度，从而提高结构的刚度。
38.经实测，本实用新型中传感器频率响应在0.3hz～16500hz内误差不大于
±
11％，且压电系数温度变化率≤0.05％/℃(-25℃～ 125℃)，≤0.15％/℃(-74℃～250℃)，能够满足宽频响应及高温使用的要求。
39.虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。