[发明专利]一种内嵌式压电加速度传感器结构

权利要求书

1.一种内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，包括基座，所述基座上设置有凹槽，所述凹槽内设置有两个第一压电元件，两个所述第一压电元件之间设置有一个弹性质量块，所述弹性质量块使两个第一压电元件分别贴合于凹槽的两个侧面上。

2.根据权利要求1所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述凹槽的两个侧面相互平行，两个所述第一压电元件和所述弹性质量块的下端面与凹槽的底面之间设置有间隙。

3.根据权利要求2所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述弹性质量块过盈安装于两个所述第一压电元件之间。

4.根据权利要求3所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述弹性质量块为六面体结构，弹性质量块的两个侧面分别于两个所述第一压电元件的内侧面抵紧接触，弹性质量块的上端面和下端面分别设置有两条呈中心对称的收缩槽，两条所述收缩槽的长度方向均与弹性质量块的宽度方向同向，两条收缩槽的深度方向均与弹性质量块的高度方向同向，两条收缩槽的宽度方向均与弹性质量块的长度方向同向；两条收缩槽的两端分别与弹性质量块的正面和背面相接。

5.根据权利要求4所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述弹性质量块的最小许用过盈量为：

其中，H_min为弹性质量块的最小许用过盈量，M为弹性质量块的质量，a为传感器允许承受的最大冲击加速度，n为弹性质量块的收缩槽深度，E为弹性质量块所用材料的弹性模量，m为弹性质量块的两个收缩槽之间的距离，W为弹性质量块的宽度。

6.根据权利要求5所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述弹性质量块中收缩槽的深度大于凹槽深度的二分之一；弹性质量块中两个收缩槽之间的间距大于两个所述第一压电元件之间间距的五分之一；弹性质量块的宽度大于弹性质量块中收缩槽的深度。

7.根据权利要求6所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述弹性质量块的质量计算公式为：

其中，S为加速度传感器的设计目标灵敏度，d₁和d₂分别是两个第一压电元件的压电系数；

弹性质量块的外廓尺寸满足：

ρLHW≈M

H≈m+n

L≈3m

即：

其中，ρ为弹性质量块的材料密度，L为弹性质量块的长度，H为弹性质量块的高度，W为弹性质量块的宽度。

8.根据权利要求1～7任一所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，所述基座为被测构件。

9.根据权利要求8所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，两个所述第一压电元件和所述弹性质量块的两侧面之间均设置有第二压电元件和第三压电元件；所述第一压电元件、第二压电元件和第三压电元件的数量均为两个，第一压电元件、第二压电元件和第三压电元件之间均设置有绝缘片且其底部与凹槽的底面之间设置有间隙。

10.根据权利要求9所述的内嵌式压电加速度传感器结构，其特征在于，传感器在x、y、z三个轴向加速度作用下产生的电荷量分别为：

其中，Q_x为传感器在x轴向的电荷量，a_x为x轴向被测振动加速度，d₂和d₄分别为两个第一压电元件沿x轴向的压电系数；Q_y为传感器在y轴向的电荷量，a_y为y轴向被测振动加速度，D₅和D₈分别为两个第二压电元件沿y轴向的压电系数；Q_z为传感器在z轴向的电荷量，a_z为z轴向被测振动加速度，D₆和D₇分别为两个第三压电元件沿z轴向的压电系数；M为弹性质量块的质量。