壓電加速度傳感器構成

壓電加速度傳感器 壓電加速度計的結構和安裝壓電式加速度計的結構形式

常用的壓電式加速度計的結構形式如圖。S是彈簧，M是質(zhì)量塊，B是基座，P是壓電元件，R是夾持環(huán)。圖a是中央安裝壓縮型，壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。這種結構有高的共振頻率。然而基座B與測試對象連接時(shí)，如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預緊力發(fā)生變化， 易引起溫度漂移。圖c為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動(dòng)時(shí)，壓電元件承 受切應力。這種結構對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線(xiàn)性。圖b為環(huán)形剪切型，結構簡(jiǎn)單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結劑會(huì )隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。

加速度傳感器的主要性能指標包括測量靈敏度、固有頻率、輸出線(xiàn)性度以及可用量程等，其中測量靈敏度與固有頻率是決定傳感器應用范圍的重要指標。對于某一結構的傳感器來(lái)說(shuō),提升固有頻率則必須增加結構剛度、減小質(zhì)量塊,而這必然會(huì )減小結構的靜態(tài)變形,造成敏感結構上的應力減小,降低傳感器靈敏度;反之,提升傳感器測量靈敏度也會(huì )造成傳感器固有頻率的下降。因此,緩解固有頻率與測量靈敏度之間的制約關(guān)系,設計具有高頻響、高靈敏度的敏感結構成為機械故障信息監測用MEMS加速度傳感器研制中的重點(diǎn)。

為了解決上述問(wèn)題,本文以“小變形-大應力”為設計思想,尋求合適的傳感器敏感結構,使傳感器具有較大結構剛度的同時(shí),壓敏電阻所處位置仍有較大的敏感應力,以提高傳感器靈敏度,并據此設計了具有梁膜結構、孔縫雙橋結構以及復合多梁結構的3種壓阻式加速度傳感器。