一种三向高温压电加速度传感器及其装配方法组成比例

本发明专利技术提供一种三向高温压电加速度传感器及其装配方法，敏感组件包括三菱柱，压电片、惯性质量块和预紧环，压电片、惯性质量块依次紧贴三菱柱外侧且沿三菱柱的轴心均匀分布，预紧环的材料为记忆合金，预紧环通过低温下机械扩径、装配时加热产生径向收缩将压电片和惯性质量块箍紧在三菱柱的外侧。本发明专利技术的敏感组件采用三角剪切敏感结构，压电片惯性质量块采用高张力的预紧环固定，组件不需要粘合剂或螺柱，从而保证了最佳性能和可靠性，预紧环使压电片产生预应力，以得到极高的线性度，工作时无需外部供电，可靠耐用、测量频率范围宽、量程大、使用温度范围广；传感器工作温度范围为

【技术实现步骤摘要】
一种三向高温压电加速度传感器及其装配方法


[0001]本专利技术涉及测量测试
，具体涉及一种三向高温压电加速度传感器及其装配方法。

技术介绍

[0002]振动监测对检测具有旋转部件的机械故障是最为有效的办法，例如振动的加剧往往是即将发生故障的征兆。轴系振动是影响动力系统可靠性的重要因素。旋转部件过量振动的危害可以通过振幅、振动应力和支承上的作用力等形式表现出来。振幅过大,可能造成转子与静子在小间隙处的碰摩,既影响到结构的工作安全,又影响到动力系统整体性能；振动应力会带来结构上的附加载荷,是造成疲劳破坏的主要原因,并缩短动力系统的寿命；振动引起的支承上的作用力是外传力,它不仅会增加静子支承力系统构件的疲劳载荷,严重缩短动力系统的使用寿命。
[0003]动力系统振动非常复杂，工作环境又比较恶劣，对振动传感器的要求非常苛刻，不仅要有好的性能指标，更重要的要具有长时间工作的可靠性和稳定性，最常用的测振传感器为压电加速度传感器。由于压电加速度传感器结构简单、可靠耐用、测量频率范围宽、量程大、使用温度范围广，仍然在振动测量领域占据着主流地位，特别是在特殊环境(超高温、宽温)测量领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决解决传感器在特殊环境(超高温、宽温)测量时的不足，提供一种三向高温压电加速度传感器及其装配方法，敏感组件采用三角剪切敏感结构，压电片惯性质量块采用高张力的预紧环固定，组件不需要粘合剂或螺柱，从而保证了最佳性能和可靠性，预紧环使压电片产生预应力，以得到极高的线性度，工作时无需外部供电，可靠耐用、测量频率范围宽、量程大、使用温度范围广；传感器工作温度范围为
‑
74℃～250℃，工作频率0.1Hz～10000Hz，测量量程可以达到500g。
[0005]本专利技术提供一种三向高温压电加速度传感器，包括敏感组件，敏感组件包括三菱柱，依次设置在三菱柱的三个侧面外部的压电片、惯性质量块和固定在惯性质量块外部的预紧环，压电片和惯性质量块的数量均为3个；
[0006]压电片、惯性质量块依次紧贴三菱柱外侧且沿三菱柱的轴心均匀分布，预紧环从惯性质量块的外部套住惯性质量块，预紧环的材料为记忆合金，预紧环通过低温下机械扩径、装配时加热产生径向收缩将压电片和惯性质量块箍紧在三菱柱的外侧。
[0007]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，预紧环的外侧设置示温色标，示温色标用于在敏感组件的装配过程中提示记忆合金材料完成相转变的收缩温度，以控制装配过程中的加热温度。
[0008]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，三菱柱为正三角棱柱，压电片为表面平整的厚度剪切压电陶瓷元件，压电片沿长边极化且表面电镀，惯性质
量块的外部为圆柱面、内部为平面，预紧环的材料为TiNiNb形状记忆合金。
[0009]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，还包括固定在敏感组件外部的三向壳体，设置在敏感组件上方、上表面与三向壳体开口平齐的上盖、带插座上盖，将敏感组件固定在三向壳体内部的双头螺栓和与敏感组件通过导线连接的同轴插座，三向壳体设置用于与待测物体固定的安装孔，上盖、带插座上盖与三向壳体开口密封连接，同轴插座压接在带插座上盖的安装孔中，敏感组件的信号引出线焊接在同轴插座中；
[0010]敏感组件利用压电效应将机械加速度输入信号转换成电荷信号通过同轴插座传递至外界信号采集设备中。
[0011]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，三向壳体为设置三个圆柱腔体的立方体结构，敏感组件通过双头螺栓固定在圆柱腔体内；敏感组件的数量为3个，分别用于测量X方向、Y方向和Z方向的加速度。
[0012]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，上盖和带插座上盖的安装方式均为螺接或激光焊接；
[0013]带插座上盖中部设置安装孔，同轴插座压接在带插座上盖的安装孔中、且为过盈配合，同轴插座通过导线与每个敏感组件电连接。
[0014]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器，作为优选方式，三向壳体、上盖和带插座上盖的材质为钛合金，惯性质量块的材质为高比重合金，三棱柱、双头螺栓的材质为不锈钢。
[0015]本专利技术提供一种三向高温压电加速度传感器的装配方法，包括以下步骤：
[0016]S1、敏感组件组装：将预紧环进行机械括径，然后将三个压电片和三个惯性质量块以三角形配置在三棱柱的三个侧面且沿三菱柱的轴心均匀分布，将预紧环套在三个惯性质量块的外部，开始加热，预紧环产生径向收缩并箍紧三棱柱、压电片和惯性质量块，敏感组件组装完毕；
[0017]S2、敏感组件装配：将三个敏感组件通过双头螺栓固定在三向壳体的三个圆柱腔体的底部，并使敏感组件与三向壳体接触良好；
[0018]S3、上盖装配：将上盖和带插座上盖螺接或激光焊接在三向壳体的圆柱腔体开口处，并使上盖、带插座上盖与三向壳体的连接处密封；
[0019]S4、插座装配：将敏感组件的信号引出线焊接在对应的同轴插座上，再将同轴插座压接在三向壳体和带插座上盖的安装孔中，三向高温压电加速度传感器装配完毕。
[0020]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器的装配方法，作为优选方式，步骤S1中，加热的温度通过判断设置在预紧环上设置的示温色标是否变成黑色进行确定，如果判断为否，则继续加热，如果判断为是，则达到预紧环的相转变收缩温度，停止加热。
[0021]本专利技术所述的一种三向高温压电加速度传感器的装配方法，作为优选方式，步骤S1中，三个压电片和三个惯性质量块以三角形配置在三棱柱的三个侧面形成圆轴结构。
[0022]本专利技术的技术解决方案是：
[0023]一种三向高温压电加速度传感器，包括敏感组件、三向壳体、上盖、带插座上盖、双头螺栓和插座，三个敏感组件采用双头螺栓分别固定于三向壳体三个互相垂直的圆柱腔体底面上，上盖和带插座上盖分别固定在三向壳体圆柱腔体开口处，插座与带插座上盖、三向壳体固连，敏感组件通过导线与同轴插座相连，敏感组件包括三棱柱、压电片、惯性质量块、
预紧环，三个压电片和三个惯性质量块以三角形配置在三棱柱的三个侧面，采用预紧环固定。传感器通过三向壳体安装孔固定在待测物体上，信号通过插座传递至外界信号采集设备中。
[0024]三棱柱、压电片、惯性质量块安装后应组成一个“圆轴”，采用预紧环套住，预紧环加热后产生径向收缩，箍紧组合件。
[0025]三向壳体为带有三个圆柱腔体的立方体结构，三个圆柱腔体分别位于立方体的三个面上，圆柱腔体底面有螺纹孔。
[0026]三棱柱为正三角棱柱，正中心有一个螺纹孔。
[0027]预紧环采用TiNiNb形状记忆合金材料，在低温下机械扩径，装配后在加热过程中由于马氏体逆转变径向收缩，实现预应力的施加。
[0028]预紧环上配制示温色标，色标变色温度与记忆合金材料完成相转变的收缩温度一致，用于控制装配过程中加热温度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三向高温压电加速度传感器，其特征在于：包括敏感组件(1)，所述敏感组件(1)包括三菱柱(11)，依次设置在所述三菱柱(11)的三个侧面外部的压电片(12)、惯性质量块(13)和固定在所述惯性质量块(13)外部的预紧环(14)，所述压电片(12)和所述惯性质量块(13)的数量均为3个；所述压电片(12)、所述惯性质量块(13)依次紧贴所述三菱柱(11)外侧且沿所述三菱柱(11)的轴心均匀分布，所述预紧环(14)从所述惯性质量块(13)的外部套住所述惯性质量块(13)，所述预紧环(14)的材料为记忆合金，所述预紧环(14)通过低温下机械扩径、装配时加热产生径向收缩将所述压电片(12)和所述惯性质量块(13)箍紧在所述三菱柱(11)的外侧。2.根据权利要求1所述的一种三向高温压电加速度传感器，其特征在于：所述预紧环(14)的外侧设置示温色标，所述示温色标用于在所述敏感组件(1)的装配过程中提示记忆合金材料完成相转变的收缩温度，以控制装配过程中的加热温度。3.根据权利要求1所述的一种三向高温压电加速度传感器，其特征在于：所述三菱柱(11)为正三角棱柱，所述压电片(12)为表面平整的厚度剪切压电陶瓷元件，所述压电片(12)沿长边极化且表面电镀，所述惯性质量块(13)的外部为圆柱面、内部为平面，所述预紧环(14)的材料为TiNiNb形状记忆合金。4.根据权利要求1所述的一种三向高温压电加速度传感器，其特征在于：还包括固定在所述敏感组件(1)外部的三向壳体(2)，设置在所述敏感组件(1)上方、上表面与所述三向壳体(2)开口平齐的上盖(3)、带插座上盖(4)，将所述敏感组件(1)固定在所述三向壳体(2)内部的双头螺栓(5)和与所述敏感组件(1)通过导线连接的同轴插座(6)，所述三向壳体(2)设置用于与待测物体固定的安装孔，所述上盖(3)、所述带插座上盖(4)与所述三向壳体(2)开口密封连接，所述同轴插座(6)压接在所述带插座上盖(4)的安装孔中，所述敏感组件(1)的信号引出线焊接在所述同轴插座(6)中；所述敏感组件(1)利用压电效应将机械加速度输入信号转换成电荷信号通过所述同轴插座(6)传递至外界信号采集设备中。5.根据权利要求4所述的一种三向高温压电加速度传感器，其特征在于：所述三向壳体(2)为设置三个圆柱腔体的立方体结构，所述敏感组件(1)通过所述双头螺栓(5)固定在所述圆柱腔体内，所述敏感组件(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何勤，张颖轩，李江渠，于慧，彭泳卿，刘鹏，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：