專利名稱：一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可承受480℃高溫差分式壓電加速度計，用于航空航天、冶金等需要用于高溫振動測試的場所，屬于高溫振動傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
任何物體都會振動，振動量的大小反映一個物體、一臺設(shè)備的運行狀況是否良好。高溫振動測試是一個特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，在航空、航天、石油探測、導(dǎo)彈精密制導(dǎo)、通信等國家重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因此，研究高溫壓電材料和新結(jié)構(gòu)器件對國防和民用有著學(xué)術(shù)和經(jīng)濟(jì)價值。而壓電加速度計是振動檢測中使用最多的傳感器之一。
尤其在對航空、航天發(fā)動機的振動監(jiān)測，對艦船高速柴油機的振動監(jiān)測，對冶金系統(tǒng)以及火電發(fā)動機的振動監(jiān)測中，都少不了高溫壓電加速度計。這其中要求最高的是航空、航天發(fā)動機的監(jiān)測。特別是在航空領(lǐng)域，因航空發(fā)動機的故障，造成機毀人亡的事故時常發(fā)生，特別是軍用機。
在高溫壓電加速度計用于振動測試中，最高使用溫度是一個最重要的技術(shù)指標(biāo)，它決定了高溫壓電加速度計的應(yīng)用領(lǐng)域，因此提高壓電材料的居里溫度對拓展高溫應(yīng)用非常重要。但是高溫并不是衡量器件性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因為加速度計在物體振動檢測中，除了使用溫度以外，還有工作頻率、電荷靈敏度、橫向電荷靈敏度、靈敏度隨溫度變化的關(guān)系、以及體積尺寸等。
該發(fā)明使用倒置中心壓縮式的結(jié)構(gòu)，如圖1所示是由以下部分組成，各部分及各部分之間關(guān)系分別為1 為底座，它具有兩種安裝方式，一種為三角螺母安裝，另一種則為中心M5螺紋安裝；2 為預(yù)緊機構(gòu)，它的作用是將壓電傳感器的質(zhì)量塊3、絕緣片4、壓電晶體或壓電陶瓷片5和輸出端外殼剛性9的連接在一起，一般采用自鎖螺紋以防止脫落；3 為質(zhì)量塊，是采用高比重合金材料，它是傳感器靈敏度參數(shù)重要決定因素之一，可根據(jù)需要增加其重量大小來控制傳感器靈敏度；4 為絕緣片，采用在高溫下仍然具有高絕緣阻抗的無機材料，其目的在于將輸出信號與大地隔離，從而起到屏蔽大地干擾信號的作用；5 為壓電晶體或壓電陶瓷片，它是整個傳感器的核心敏感元件。具有高居里溫度(900℃以上)，并且壓電系數(shù)隨溫度動態(tài)變化誤差小于10％，同時具有較高的電阻率，損耗也必須小于5％；在加工工藝上要求不平行度和粗糙度都小于0.002mm，并且參數(shù)具有一致性；6 為插針，是傳感器與連接導(dǎo)線的連接裝置，它必須耐高溫和強抗氧化性，插針一端與壓電晶體或壓電陶瓷片5相連，另一端穿過絕緣密封裝置8與連接導(dǎo)線連接。
7 為安裝座，是倒置中心壓縮式的實現(xiàn)方式，它與預(yù)緊機構(gòu)2、質(zhì)量塊3、絕緣片4和壓電晶體或壓電陶瓷片5剛性連接，具有很高的剛性系數(shù)以便于提高傳感器的頻率響應(yīng)范圍；8 為絕緣密封裝置，其作用一是用于密封傳感器，防止水、油等液體泄漏從而提高傳感器的整體穩(wěn)定性和可靠性，甚至可以水下作業(yè)；二是為了將兩輸出插針和外殼進(jìn)行絕緣，并且能夠長期承受500℃的高溫，一般采用燒結(jié)固定；9 為輸出端外殼，是導(dǎo)線連接方式，一般采用螺紋方式，它與安裝座、底座是剛性連接體，三者與大地形成回路，對傳感器起到屏蔽作用；本發(fā)明的壓電加速度計具有著以下的優(yōu)點1、本發(fā)明是采用了倒置中心壓縮式的結(jié)構(gòu)，使得傳感器具有很小的橫向靈敏度(＜2％)，從而解決了正向壓縮式有很大橫向誤差的缺點。不僅如此，倒置中心壓縮式使得各種環(huán)境參數(shù)都得到優(yōu)化，這是因為直接受力的基座與核心元件分離后帶來的優(yōu)點；2、倒置中心壓縮式使得安裝表面的溫度不是直接通過面的形式傳向壓電晶體，因此從結(jié)構(gòu)上使得高溫壓電元件工作環(huán)境得到改善而提高了使用溫度和測量范圍；3、倒置壓縮式同時又是差分式的輸出方式，二者的結(jié)合使得傳感器的可靠性得到很明顯的提高，溫度曲線的誤差縮小到5％左右；4、本發(fā)明是頂端輸出形式，適用于測量空間較小的場合，為測量提供了極大的方便；


圖1為480℃高溫差分式壓電加速度計的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實施方式的尺寸圖。
圖3為本實施方式的實物照片圖。
具體實施例方式
頂端輸出的480℃高溫差分式壓電加速度計底座、安裝座和輸出端外殼采用高溫合金鋼進(jìn)行加工，在高溫下具有較強的抗氧化性能和導(dǎo)電性能。內(nèi)部質(zhì)量塊用高比重合金加工，其兩平面度、平行度、粗糙度都小于0.002mm。而絕緣片使用85氧化鋁陶瓷，其加工精度與高比重合金質(zhì)量塊一致。壓電晶體使用經(jīng)過特殊加工和工藝處理后的單晶(切型為XZ切型，無熱釋電效應(yīng))或者居里溫度大于900℃以上的壓電陶瓷(損耗小于5％，動態(tài)d33隨溫度變化誤差小于5％，靜態(tài)d33大于20pC/N)。密封材料用7070玻璃燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，使用倒置中心壓縮式的結(jié)構(gòu)，包括底座(1)、預(yù)緊機構(gòu)(2)、質(zhì)量塊(3)、絕緣片(4)、壓電晶體或壓電陶瓷片(5)、插針(6)、安裝座(7)、絕緣密封裝置(8)、輸出端外殼(9)，其特征在于預(yù)緊機構(gòu)(2)將壓電傳感器的質(zhì)量塊(3)、絕緣片(4)、壓電晶體或壓電陶瓷片(5)和輸出端外殼剛性(9)的連接在一起，采用自鎖螺紋以防止脫落；插針(6)一端與壓電晶體或壓電陶瓷片(5)相連，另一端穿過絕緣密封裝置(8)與連接導(dǎo)線連接；安裝座與預(yù)緊機構(gòu)(2)、質(zhì)量塊(3)、絕緣片(4)和壓電晶體或壓電陶瓷片(5)剛性連接，具有很高的剛性系數(shù)以便于提高傳感器的頻率響應(yīng)范圍；輸出端外殼(9)采用螺紋方式與安裝座、底座是剛性連接體，三者與大地形成回路，對傳感器起到屏蔽作用。
2.按權(quán)利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特征在于采用高比重合金材料作為質(zhì)量塊(3)，采用高溫下具有高絕緣阻抗的無機材料作為絕緣片(4)。
3.按權(quán)利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特征在于采用平衡差動式輸出方式。
4.按權(quán)利要求1所述的一種可承受480℃高溫的差分壓電加速度計，其特征在于輸出端外殼(9)適用于底端輸出或頂端輸出兩種形式。
全文摘要
一種可承受480℃高溫的差分式壓電加速度計，用于航空航天、冶金等需要用于高溫振動測試的場所，屬于振動傳感器領(lǐng)域。它采用了高居里溫度的壓電晶體或壓電陶瓷片作為核心敏感元件，這使得在測試溫度上可長時間持續(xù)承受480℃的高溫工作狀態(tài)。該傳感器使用倒置中心壓縮式的結(jié)構(gòu)，大大改進(jìn)了普通壓縮式的橫向靈敏度、基座應(yīng)變靈敏度、溫度瞬變靈名度等環(huán)境參數(shù)，同時在頻率響應(yīng)的范圍、溫度靈敏度的穩(wěn)定性等等都具有很大幅度的提高。在加工工藝上有了進(jìn)一步的提高，使得壓電晶體或壓電陶瓷片具有較高的一致性，這為采用平衡差分式的輸出結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。因此該發(fā)明獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得該壓電加速度計具有很強的抗外界干擾能力。同時，該發(fā)明還具有密封性，可以防水防油的滲入，從而提高了高溫壓電加速度計的可靠性。
文檔編號G01P15/09GK1763548SQ200510030800
公開日2006年4月26日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者包紹明, 雒彩云, 沈夏城 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所