[实用新型]一种剪切式电荷输出元件结构

说明书

本实用新型公开了一种剪切式电荷输出元件结构，包括底座和压电陶瓷，所述压电陶瓷上刚性固定有配重质量块，所述底座包括基座和设置在基座上并与基座一体连接的立柱，压电陶瓷刚性固定在所述立柱上，压电陶瓷的极化方向与立柱平行。本实用新型由于采用了剪切式压电陶瓷的压电系数d₁₅，相比现有技术中利用压电系数d₃₃制成的传感器，很小的结构就可以实现压电系数d₃₃结构很多倍的输出，因此，减小了传感器的体积，提高了压电转换率，增加了频率响应范围和信号输出。

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体的说，是一种剪切式电荷输出元件结构。

背景技术

压电加速度传感器，则是利用压电陶瓷的压电效应制成的换能器，将机械能转换为电能，即，将加速度信号转换为电信号输出。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，由于其优异的压电、物理和化学性能，用其制备的压电换能器已经被广泛应用于军事、民用和工业领域，是一种发展非常迅速的压电材料。压电陶瓷在机械应力作用下，内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷。当压电陶瓷沿极化方向受作用力时，在压电陶瓷表面上出现跟所受力成比例的电荷，通过对电荷信号的测量，可以实现对所受力的测量。压电陶瓷有压缩式和剪切式。压缩式利用的是压电系数d₃₃，剪切式利用的是压电系数d₁₅。因为压电系数d₁₅比压电系数d₃₃大几倍，所以利用压电系数d₁₅，很小的结构就可以实现d₃₃结构很多倍的输出，利用压电系数d₃₃的传感器要达到同等输出需要堆叠多片压电陶瓷。由于制备工艺等原因，目前大多数压电换能器多采用压电系数d₃₃工作模式，压电转换效率较低，制成的传感器结构较大，装配复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种剪切式电荷输出元件结构，用于解决现有技术中利用压电系数d₃₃的压电传感器结构较大压电转换率低的问题。

本实用新型通过下述技术方案解决上述问题：

一种剪切式电荷输出元件结构，包括底座和压电陶瓷，所述压电陶瓷上刚性固定有配重质量块，所述底座包括基座和设置在基座上并与基座一体连接的立柱，压电陶瓷刚性固定在所述立柱上，压电陶瓷的极化方向与立柱平行。

压电陶瓷采用剪切式，并在安装的过程中使极化方向与立柱平行，因此在底座受振动力作用时，配重质量块受到与底座相同的作用力，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，配重质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电陶瓷上。由于压电陶瓷具有压电效应，因此在它的表面上就产生交变电荷，当加速度频率远低于压电陶瓷芯体的固有频率时，压电陶瓷芯体输出的电荷或电压与作用力成正比。利用本结构制成的传感器，芯体刚性装配在传感器中，因此，测得的电荷或电压亦即与整个传感器的加速度成正比。将芯体输出信号引入传感器内置信号处理电路，将经过放大后的信号由传感器输出端引出，可以用普通的测量仪器测试出试件的加速度；如果在放大电路中加入积分电路，就可以测试试件的振动速度或位移。由于压电陶瓷采用了剪切式，利用压电系数d₁₅，相比现有技术中利用压电系数d₃₃制成的传感器，因为压电系数d₁₅比压电系数d₃₃大几倍，所以利用压电系数d₁₅，很小的结构就可以实现压电系数d₃₃结构很多倍的输出，因此，减小了传感器的体积，且由压电剪切效应公式Q＝F·d₁₅＝ma·d₁₅，可以得知，剪切式电荷输出结构提高了压电转换率。

优选地，所述配重质量块的外侧设置有预紧环。