一种压电振动传感器组件及其装配方法

【技术领域】

本发明涉及一种压电振动传感器及其装配方法，具体地说，是一种压电振动传感器组件及其装配方法。

【背景技术】

现有技术中，普通的压电式加速度传感器，受制于装配工艺及放大器的增益的局限性，各部件之间的连接通过胶水粘结在一起形成涂胶结构，PE传感器的灵敏度及谐振频率通常受限制。主要缺陷在于：

1、传统的涂胶结构受限于胶水性能的影响，无法满足产品灵敏度温漂及高温环境使用的要求；

2、热缩环结构受限于热缩环加工及热缩环材料性能的影响，热缩环首先需要特定的收缩温度及贮存条件，其次对各零部件之间的间隙要求控制较高，最后热缩环依赖进口，目前国产化热缩环极少；

3、正端压缩结构容易受基座应变影响。

4、产品信号地没有与外壳隔离，不利于实现产品的电磁兼容要求。

有鉴于此，本发明研发出一种压电振动传感器组件及其装配方法，可实现高灵敏度及信号地与外壳隔离的要求，本案由此产生。

【发明内容】

鉴于此，本发明要解决的技术问题，在于提供一种压电振动传感器组件及其装配方法，可在高温环境下使用且装配简单，操作时间短，成本低。可实现高灵敏度及谐振频率值，同时可满足信号地与外壳绝缘的要求，减少外界电信号干扰。

第一方面，本发明提供一种压电振动传感器组件，包括螺栓和中心开设有通孔的第一质量块、第一敏感元件、第一电极片、第一绝缘片、支架、第二绝缘片、第二电极片、第二敏感元件和第二质量块，所述螺栓依次穿设于所述第一质量块、所述第一敏感元件、所述第一电极片、所述第一绝缘片、所述支架、所述第二绝缘片、所述第二电极片、所述第二敏感元件以及所述第二质量块的通孔完成固定连接，其中，所述第一质量块和所述第二质量块的通孔为螺孔，所述第一敏感元件和所述第二敏感元件的正极点方向一致；

所述第一敏感元件和所述第二敏感元件的内外两端面为接触面，且接触面涂有导电层；所述第一敏感元件和所述第二敏感元件的中心通孔与所述螺栓为间隙配合，避免所述接触面与所述螺栓导通；

所述第一质量块或所述第二质量块具有信号正极引线，且所述第一质量块和所述第二质量块通过所述螺栓导通；所述第一电极片和所述第二电极片具有信号负极引线，二者可做成一体式或者通过其他形式导通。

较佳的，所述第一敏感元件和所述第二敏感元件为外形尺寸相同的矩形厚片，且设有正极点方向标记；

所述第一质量块、所述第一电极片、所述第一绝缘片、所述第二绝缘片、所述第二电极片以及所述第二质量块也为矩形片，长宽尺寸与所述第一敏感元件或所述第二敏感元件的长宽尺寸相同；

所述支架包括主体和立柱，所述立柱为矩形片，长度尺寸大于所述敏感元件的长度，宽度尺寸与所述敏感元件的宽度尺寸相同，所述立柱连接于所述主体的底部。

第二方面，本发明提供一种压电振动传感器组件的装配方法，用于装配第一方面的压电振动传感器组件，装配治具包括：

抬高治具，为圆形厚片状，且具有一径向凹槽；

居中治具，呈三段式阶梯杆状结构，依次分为大径段、中径段、小径段，且中径段直径与第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片的通孔内径相等，小径段的头部带有螺纹；

下垫块，为矩形块，且具一开口朝上的U形槽，该U形槽的槽宽略大于第一质量块的宽度，槽深略小于压电振动传感器组件的整体厚度；

上垫块，为矩形块，且具有一直径与所述大径段匹配的通孔；

装配方法包括如下步骤：

S1：将支架放在所述抬高治具上，并让所述支架底部的立柱嵌于所述径向凹槽内；

S2：用居中治具的小径段将第一质量块、第一敏感元件、第一电极片、第一绝缘片、支架、第二绝缘片、第二电极片、第二敏感元件和第二质量块依次串接在一起，并与所述第二质量块螺接形成串接组件；

S3：将所述串接组件连同所述居中治具一起放到所述下垫块上，并使所述串接组件落座在所述U形槽的底面上；

S4：将居中治具的大径段插入所述上垫块的通孔内，向下推动上垫块直到与所述串接组件形成面接触，形成组合体；

S5：将所述组合体放在台钳上，预紧台钳，使台钳的两工作面分别与所述上垫块和所述下垫块接触；

S6：取出所述居中治具，穿过所述上垫块将螺栓旋入串接组件的通孔内，使用扭力扳手旋紧螺栓，使螺栓与所述第一质量块、第二质量块形成螺接；

S7：松开台钳，取出所述抬高治具、上垫块和下垫块，装配完成。

较佳的，所述居中治具的大径段和中径段之间形成一限位台面，所述第一质量块的外端面设有一限位槽，所述限位槽与螺孔同轴设置，且限位槽的内径大于所述大径段的直径，所述步骤S2中，在居中治具将第一质量块、第一敏感元件、第一电极片、第一绝缘片、支架、第二绝缘片、第二电极片、第二敏感元件和第二质量块依次串接在一起时，所述限位台面压紧于所述限位槽内。

第三方面，本发明提供一种压电振动传感器组件，包括螺栓和中心开设有通孔的第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片和第二质量块，所述螺栓依次穿设于所述第一质量块、所述第一绝缘片、所述第一敏感元件单元、所述第二绝缘片、所述支架、所述第三绝缘片、所述第二敏感元件单元、所述第四绝缘片和所述第二质量块的通孔完成固定连接，其中，所述第一质量块和所述第二质量块的通孔为螺孔；

所述第一敏感元件单元和所述第二感元件单元包括至少两个敏感元件和至少三个电极片，任一个所述敏感元件设于两个相邻的电极片之间，且各个敏感元件的正极点方向一致；

所述敏感元件的内外两端面为接触面，且接触面涂有导电层；所述敏感元件的中心通孔与所述螺栓为间隙配合，避免所述接触面与所述螺栓导通；

所述第一质量块或所述第二质量块具有信号正极引线，且所述第一质量块和所述第二质量块通过所述螺栓导通；所述电极片具有信号负极引线。

第四方面，本发明提供一种压电振动传感器组件的装配方法，用于装配第三方面所述的压电振动传感器组件，装配治具包括：

抬高治具，为圆形厚片状，且具有一径向凹槽；

居中治具，呈三段式阶梯杆状结构，依次分为大径段、中径段、小径段，且中径段直径与第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片的通孔内径相等，小径段的头部带有螺纹；

下垫块，为矩形块，且具一开口朝上的U形槽，该U形槽的槽宽略大于第一质量块的宽度，槽深略小于压电振动传感器组件的整体厚度；

上垫块，为矩形块，且具有一直径与所述大径段匹配的通孔；

装配方法包括如下步骤：

S1：将支架放在所述抬高治具上，并让所述支架底部的立柱嵌于所述径向凹槽内；

S2：用居中治具的小径段将第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片和第二质量块依次串接在一起，并与所述第二质量块螺接形成串接组件；

S3：将所述串接组件连同所述居中治具一起放到所述下垫块上，并使所述串接组件落座在所述U形槽的底面上；

S4：将居中治具的大径段插入所述上垫块的通孔内，向下推动上垫块直到与所述串接组件形成面接触，形成组合体；

S5：将所述组合体放在台钳上，预紧台钳，使台钳的两工作面分别与所述上垫块和所述下垫块接触；

S6：取出所述居中治具，穿过所述上垫块将螺栓旋入串接组件的通孔内，使用扭力扳手旋紧螺栓，使螺栓与所述第一质量块、第二质量块形成螺接；

S7：松开台钳，取出所述抬高治具、上垫块和下垫块，装配完成。

较佳的，所述居中治具的大径段和中径段之间形成一限位台面，所述第一质量块的外端面设有一限位槽，所述限位槽与螺孔同轴设置，且限位槽的内径大于所述大径段的直径，所述步骤S2中，在居中治具将第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片和第二质量块依次串接在一起时，所述限位台面压紧于所述限位槽内。

本发明的优点在于：本发明通过改变敏感元件的配方，从而改变组件的耐温性，适用温度范围广，且不使用热缩环结构，大大降低工艺要求和贮存要求，节约成本；信号负设于电极片处，其与支架通过绝缘片隔离，从而有助于避免信号干扰，且有助于电磁兼容的设计；在更优的实施例中，在结构尺寸允许的情况下，可通过增加敏感元件的数量来增大灵敏度，当敏感元件的数量大于2个时(支架两侧的敏感元件的总和应为2的倍数)，比如4个时，电极片的数量需要相应的增加，以提高灵敏度；各组件采用螺栓固定方式，装配时摒弃传统的涂胶粘合的工艺而采用全新的治具装配方式，使得产品装配更多的依赖于装配治具的精度，减少对员工熟练度的依赖，增加标准化作业程度。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例一压电振动传感器组件的结构示意图；

图2是本发明实施例第一质量块的结构示意图；

图3是本发明实施例抬高治具的结构示意图；

图4是本发明实施例居中治具的结构示意图；

图5是本发明实施例一压电振动传感器组件的装配过程示意图；

图6是本发明实施例二压电振动传感器组件的结构示意图；

图7是本发明实施例二第一敏感元件单元或第二敏感元件单元的结构示意图。

【具体实施方式】

本发明实施例通过提供一种压电振动传感器组件及其装配方法，可在高温环境下使用且装配简单，操作时间短，成本低。可实现高灵敏度及谐振频率值，同时可满足信号地与外壳绝缘的要求，减少外界电信号干扰。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：组件所使用的材质均为金属件，耐温性较高，可通过改变陶瓷的配方，从而改变组件的耐温性，适用温度范围广，且不使用热缩环结构，大大降低工艺要求和贮存要求，节约成本；信号负设于电极片处，其与支架通过绝缘片隔离，从而有助于避免信号干扰，且有助于电磁兼容的设计；为了适应更高灵敏度的要求，还可通过增加敏感元件的数量来增大灵敏度；各组件采用螺栓固定方式，装配时摒弃传统的涂胶粘合的工艺而采用全新的治具装配方式，使得产品装配更多的依赖于装配治具的精度，减少对员工熟练度的依赖，增加标准化作业程度。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

请参阅图1至图4所示，本实施例一的压电振动传感器组件100，包括螺栓101和中心开设有通孔的第一质量块102、第一敏感元件103、第一电极片104、第一绝缘片105、支架106、第二绝缘片107、第二电极片108、第二敏感元件109和第二质量块110，所述螺栓101依次穿设于所述第一质量块102、所述第一敏感元件103、所述第一电极片104、所述第一绝缘片105、所述支架106、所述第二绝缘片107、所述第二电极片108、所述第二敏感元件109以及所述第二质量块110的通孔完成固定连接，其中，所述第一质量块102和所述第二质量块110的通孔为螺孔，所述第一敏感元件103和所述第二敏感元件109的正极点方向一致；

所述第一敏感元件103和所述第二敏感元件109的内端面A和外端面B为接触面，且接触面涂有导电层；这样，当压电振动传感器组件受到加速度振动时，正电荷聚集到第一敏感元件103与第一质量块102接触的内端面A上以及聚集到第二敏感元件109与第二质量块110接触的内端面A上，负电荷则聚集到第一敏感元件103与第一电极片104接触的外端面B上，以及聚集到第二敏感元件109与第二电极片108接触的外端面B上。

所述第一敏感元件103和所述第二敏感元件109的中心通孔与所述螺栓101为间隙配合，避免作为接触面的内端面A和外端面B与所述螺栓接触，导致信号“+”和信号“-”导通；

所述第一质量块102或所述第二质量块110具有信号正极引线，且所述第一质量块102和所述第二质量块110通过所述螺栓101导通；所述第一电极片104和所述第二电极片108具有信号负极引线，可做成一体式或通过其他方式导通。

较佳的，所述第一敏感元件103和所述第二敏感元件109为外形尺寸相同的矩形厚片，且设有正极点方向标记；

所述第一质量块102、所述第一电极片104、所述第一绝缘片105、所述第二绝缘片107、所述第二电极片108以及所述第二质量块110也为矩形片，长宽尺寸与所述第一敏感元件103或所述第二敏感元件109的长宽尺寸相同；

所述支架106包括主体1061和立柱1062，所述立柱1062为矩形片，长度尺寸大于所述第一敏感元件103或所述第二敏感元件109的长度尺寸相同，宽度尺寸与所述第一敏感元件103或所述第二敏感元件109的宽度尺寸相同，所述立柱1062连接于所述主体1061的底部。

实施例二

请参阅图1至图5所示，本实施例二的压电振动传感器组件的装配方法，用于装配实施例一的压电振动传感器组件，装配治具包括：

抬高治具201，为圆形厚片状，且具有一可与支架106底部的立柱1062匹配的径向凹槽2011；

居中治具202，呈三段式阶梯杆状结构，依次分为大径段2021、中径段2022、小径段2023，且中径段2022直径与第一质量块102、第一敏感元件103、第一电极片104、第一绝缘片105、支架106、第二绝缘片107、第二电极片108和第二敏感元件109的通孔内径相等，小径段2023的头部带有螺纹；

下垫块203，为矩形块，且具一开口朝上的U形槽2031，该U形槽2031的槽宽略大于第一质量块102的宽度，从而可以容纳第一质量块102，槽深略小于压电振动传感器组件的整体厚度，从而压电振动传感器组件在放置于U形槽2031内时会高出U形槽2031；

上垫块204，为矩形块，且具有一直径与所述大径段2021匹配的通孔2042；

装配方法包括如下步骤：

S1：将支架106放在所述抬高治具201上，并让所述支架106底部的立柱1062嵌于所述径向凹槽2011内；径向凹槽2011避开支架106底部的立柱1062，从而抬高除了支架106以外的其他组件；

S2：用居中治具202的小径段2023将第一质量块102、第一敏感元件103、第一电极片104、第一绝缘片105、支架106、第二绝缘片107、第二电极片108、第二敏感元件109和第二质量块110依次串接在一起，且头部与所述第二质量块110的螺孔1102螺接形成串接组件；

较佳的，所述居中治具202的大径段2021和中径段2022之间形成一限位台面2024，所述第一质量块102的外端面设有一限位槽1021，所述限位槽1021与螺孔1022同轴设置，且限位槽1021的内径大于所述大径段2021的直径，且限位槽的内径大于所述大径段2021的直径，该步骤中，在居中治具202将第一质量块102、第一敏感元件103、第一电极片104、第一绝缘片105、支架106、第二绝缘片107、第二电极片108、第二敏感元件109和第二质量块110依次串接在一起时，所述限位台面2024压紧于所述限位槽1021内，从而使各组件能紧密抵靠且对中串接。

S3：将所述串接组件连同所述居中治具202一起放到所述下垫块203上，并使所述串接组件落座在所述U形槽2031的底面上；

S4：将居中治具202的大径段2021插入所述上垫块204的通孔2042内，向下推动上垫块204直到与所述串接组件形成面接触，形成组合体；从而将各组件固定，避免取出居中治具202的过程中各组件之间的相对位置发生变化；

S5：将所述组合体放在台钳(未图示)上，预紧台钳，使台钳的两工作面分别与所述上垫块204和所述下垫块203接触；

S6：取出所述居中治具202，穿过所述上垫块将螺栓101旋入串接组件的通孔内，使用扭力扳手旋紧螺栓，使螺栓101与所述第一质量块102、第二质量块110形成螺接；

S7：松开台钳，取出所述抬高治具201、上垫块204和下垫块203，装配完成。

实施例三

请参阅图6所示，本实施例的压电振动传感器组件300，包括螺栓301和中心开设有通孔的第一质量块302、第一绝缘片303、第一敏感元件单元304、第二绝缘片305、支架306、第三绝缘片307、第二敏感元件单元308、第四绝缘片309和第二质量块310，所述螺栓301依次穿设于所述第一质量块302、所述第一绝缘片303、所述第一敏感元件单元304、所述第二绝缘片305、所述支架306、所述第三绝缘片307、所述第二敏感元件单元308、所述第四绝缘片309和所述第二质量块310的通孔完成固定连接，其中，所述第一质量块302和所述第二质量块310的通孔为螺孔；

如图7所示，所述第一敏感元件单元304和所述第二感元件单元308包括至少两个敏感元件3041和至少三个电极片3042，任一个所述敏感元件3041设于两个相邻的电极片3042之间，且相邻敏感元件3041的正极点方向相反。

正极点方向一致的敏感元件通过电极片互相连接。具体是：连接正极点朝上的所有敏感元件的电极片互相导通，具有信号正极引线；连接正极点朝下的所有敏感元件的电极片互相导通，具有信号负极引线。

所述敏感元件3041的内外两端面为接触面，且接触面涂有导电层；所述敏感元件3041的中心通孔与所述螺栓301为间隙配合，避免所述接触面与所述螺栓301导通。

实施例四

本实施例提供一种压电振动传感器组件的装配方法，用于装配实施例三所述的压电振动传感器组件，装配治具与实施例二中的装配治具相同，且装配步骤与实施例二中的装配步骤相同，区别仅在于装配的组件不同，包括绝缘片的数量和敏感元件单元的组成。

装配治具包括：

抬高治具201，为圆形厚片状，且具有一径向凹槽2011；

居中治具202，呈三段式阶梯杆状结构，依次分为大径段2021、中径段2022、小径段2023，且中径段2022直径与第一质量块302、第一绝缘片303、第一敏感元件单元304、第二绝缘片305、支架306、第三绝缘片307、第二敏感元件单元308、第四绝缘片309的通孔内径相等，小径段2023的头部带有螺纹；

下垫块203，为矩形块，且具一开口朝上的U形槽2031，该U形槽2031的槽宽略大于第一质量块302的宽度，槽深略小于压电振动传感器组件的整体厚度；

上垫块204，为矩形块，且具有一直径与所述大径段2021匹配的通孔2042；

由于装配方法的步骤与实施例二中的相同，不同仅在于组件部分，因此不再提供相应的步骤图示，参考实施例二中的步骤图示即可。

装配方法包括如下步骤：

S1：将支架放在所述抬高治具上，并让所述支架底部的立柱嵌于所述径向凹槽内；

S2：用居中治具的小径段将第一质量块、第一绝缘片、第一敏感元件单元、第二绝缘片、支架、第三绝缘片、第二敏感元件单元、第四绝缘片和第二质量块依次串接在一起，并与所述第二质量块螺接形成串接组件；

较佳的，所述居中治具的大径段和中径段之间形成一限位台面，所述第一质量块的外端面设有一限位槽，所述限位槽与螺孔同轴设置，且限位槽的内径大于所述大径段的直径，且限位槽的内径大于所述大径段的直径，所述步骤S2中，在居中治具将第一质量块、第一敏感元件、第一电极片、第一绝缘片、支架、第二绝缘片、第二电极片、第二敏感元件和第二质量块依次串接在一起时，所述限位台面压紧于所述限位槽内，从而使各组件能紧密抵靠且对中串接。

S3：将所述串接组件连同所述居中治具一起放到所述下垫块上，并使所述串接组件落座在所述U形槽的底面上；

S4：将居中治具的大径段插入所述上垫块的通孔内，向下推动上垫块直到与所述串接组件形成面接触，形成组合体；

S5：将所述组合体放在台钳上，预紧台钳，使台钳的两工作面分别与所述上垫块和所述下垫块接触；

S6：取出所述居中治具，穿过所述上垫块将螺栓旋入串接组件的通孔内，使用扭力扳手旋紧螺栓，使螺栓与所述第一质量块、第二质量块形成螺接；

S7：松开台钳，取出所述抬高治具、上垫块和下垫块，装配完成。

本发明的优点在于：本发明通过改变敏感元件的配方，从而改变组件的耐温性，适用温度范围广，且不使用热缩环结构，大大降低工艺要求和贮存要求，节约成本；信号负设于电极片处，其与支架通过绝缘片隔离，从而有助于避免信号干扰，且有助于电磁兼容的设计；在更优的实施例中，在结构尺寸允许的情况下，可通过增加敏感元件的数量来增大灵敏度，当敏感元件的数量大于2个时(支架两侧的敏感元件的总和应为2的倍数)，比如4个时，电极片的数量需要相应的增加，以提高灵敏度；各组件采用螺栓固定方式，装配时摒弃传统的涂胶粘合的工艺而采用全新的治具装配方式，使得产品装配更多的依赖于装配治具的精度，减少对员工熟练度的依赖，增加标准化作业程度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。