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压电加速度传感器构成
- 2018-12-13-

压电加速度传感器构成

压电加速度传感器 压电加速度计的结构和安装压电式加速度计的结构形式

常用的压电式加速度计的结构形式如图。S是弹簧,M是质量块,B是基座,P是压电元件,R是夹持环。图a是中央安装压缩型,压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上,支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。然而基座B与测试对象连接时,如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外,测试对象和环境温度变化将影响压电元件,并使预紧力发生变化, 易引起温度漂移。图c为三角剪切形,压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时,压电元件承 受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用,有较高的共振频率和良好的线性。图b为环形剪切型,结构简单,能做成极小型、高共振频率的加速度计,环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软,因此最高工作温度受到限制。

加速度传感器的主要性能指标包括测量灵敏度、固有频率、输出线性度以及可用量程等,其中测量灵敏度与固有频率是决定传感器应用范围的重要指标。对于某一结构的传感器来说,提升固有频率则必须增加结构刚度、减小质量块,而这必然会减小结构的静态变形,造成敏感结构上的应力减小,降低传感器灵敏度;反之,提升传感器测量灵敏度也会造成传感器固有频率的下降。因此,缓解固有频率与测量灵敏度之间的制约关系,设计具有高频响、高灵敏度的敏感结构成为机械故障信息监测用MEMS加速度传感器研制中的重点。

为了解决上述问题,本文以“小变形-大应力”为设计思想,寻求合适的传感器敏感结构,使传感器具有较大结构刚度的同时,压敏电阻所处位置仍有较大的敏感应力,以提高传感器灵敏度,并据此设计了具有梁膜结构、孔缝双桥结构以及复合多梁结构的3种压阻式加速度传感器。

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