一种双轴加速度传感器及其安装、测量方法与流程

1.本发明涉及一种双轴加速度传感器及其安装、测量方法，属于加速度传感器技术领域。


背景技术：

2.加速度传感器由于体积小、质量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好等优点，在振动信号测试中是最为常用的一类传感器。而双轴加速度传感器不仅继承了以上有点，而且可一次性测量两个方向（水平和竖直）的振动信号，所以其在振动信号测试中的应用越来越广泛。
3.目前各种控制仪器设备的功能越来越强大，有些精密仪器或设备，体积本身就小，还需要接上各种传感器进行感知和控制，这对传感器的结构要求更加严格。现有的双轴传感器大多是在传感器基座上安装两个单轴传感器实现双轴向测量工作，工作过程中由于传感器体积原因可能造成传感器频响不好，也会遇到因大体积导致传感器质量过大的问题，因此在传感器小型化方向发展有着很大的制约。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种双轴加速度传感器及其安装、测量方法，设置了一种新型的芯体结构，只采用一个质量块即可实现双轴的加速度测量，测量结果准确，且结构更小巧，可减小传感器整体的体积和质量，达到传感器小型化的目的。
5.本发明采用以下技术方案：一种双轴加速度传感器，包括底座、敏感芯体、壳盖和接嘴；所述底座上端外壁套接壳盖，壳盖上端内部插接接嘴，接嘴下端连接有引线，引线与壳盖内部的敏感芯体相连接；所述敏感芯体包括水平陶瓷组、质量块和竖直陶瓷组，水平陶瓷组和竖直陶瓷组对称分布于质量块两侧，用于测量x轴、y轴的双向加速度，定义水平陶瓷组与竖直陶瓷组的中心点连线为z轴正方向，x轴、y轴垂直于z轴方向，分别指向水平方向和竖直方向。
6.优选的，所述水平陶瓷组沿z轴正方向依次包括绝缘片、负极片、压电陶瓷b、正极片、压电陶瓷a和绝缘片，压电陶瓷和正负极片交替安装，压电陶瓷a、压电陶瓷b、负极片、正极片、绝缘片均为正方形片状结构，质量块为正方体结构，压电陶瓷a、压电陶瓷b、负极片、正极片、绝缘片、质量块中部均设置有与沉头螺栓配合的通孔；所述压电陶瓷a和压电陶瓷b为经过极化后的压电陶瓷，具有正负极，没有极化的压电陶瓷内部的晶粒电畴是杂乱排列的，总体没有极性，极化电压下，晶粒电畴排列趋于有序，对外表现出极性，两个表面附近形成了束缚电荷，在束缚电荷的作用下，表面又吸附了自由电荷与其平衡，在压电陶瓷受压时，束缚电荷的电偶极矩发生变化，必然通过充放电改变表面自由电荷的量来平衡，由此形成压电效应。为了更好的区分压电陶瓷的正负极，压电陶瓷正极一端做倒角处理；水平陶瓷组中，压电陶瓷b的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a的
正极朝向x轴负方向；所述竖直陶瓷组沿z轴正方向依次包括绝缘片、压电陶瓷a、正极片、压电陶瓷b、负极片和绝缘片，在竖直陶瓷组中，压电陶瓷a的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b的正极朝向y轴负方向。
7.本发明的两个陶瓷组的安装方式分别设计为x向和y向，由一块质量块分别向两个陶瓷组施加剪切力，达到双向测试且结构精简的目的。
8.优选的，所述水平陶瓷组和竖直陶瓷组通过定位组件a、定位组件b、沉头螺栓和螺母安装于底座上，所述定位组件a包括一对定位块a，定位块a上设置有与沉头螺栓的头部配合的定位槽a，定位组件b包括一对定位块b，定位块b上设置有与螺母配合的定位槽b；定位组件a中的一个定位块a固定于底座上，两定位块a通过螺栓紧固螺钉紧固，用于固定沉头螺栓的一端头部；沉头螺栓的另一端穿过水平陶瓷组、质量块和竖直陶瓷组的通孔，并通过螺母连接，螺母通过一对定位块b的定位槽b进行定位，并通过螺母紧固螺钉固定。
9.质量块位于定位组件a、定位组件b之间，水平陶瓷组和竖直陶瓷组由沉头螺栓和螺母安装紧固。
10.本发明的敏感芯体的沉头螺栓安装于定位槽a，螺母安装于定位槽b，定位块a、螺栓紧固螺钉3、定位块b 11、螺母紧固螺钉10将敏感芯体固定于底座上。
11.优选的，所述沉头螺栓上在水平陶瓷组和竖直陶瓷组处均套设有绝缘环，用于绝缘水平陶瓷组/竖直陶瓷组与沉头螺栓。
12.优选的，所述水平陶瓷组和竖直陶瓷组均包括一压力板，压力板安装于沉头螺栓头部与绝缘片之间，以及螺母与绝缘片之间，用于平均沉头螺栓或螺母施加给压电陶瓷b的预紧力。
13.本发明的两组陶瓷组（水平陶瓷组和竖直陶瓷组）均设计有绝缘片，用于绝缘质量块和压力板，绝缘环用于绝缘沉头螺栓。
14.优选的，所述质量块的材质为高比重合金，正极片、负极片的材质为inconel 600，压力板、沉头螺栓、螺母、螺栓紧固螺钉和螺母紧固螺钉的材质均为304l不锈钢，绝缘片、绝缘环的材质为peek。
15.优选的，所述接嘴采用高温烧结玻璃材料设计，用于与壳盖进行隔离，接嘴下端设置有4根接线端，4根接线端下端连接4根引线，其中2根引线连接至水平陶瓷组的正极片和负极片，用于传输水平振动信号；另外2根引线连接至竖直陶瓷组的正极片和负极片，用于传输竖直振动信号。
16.优选的，所述底座与壳盖之间，壳盖与接嘴之间均采用高能量激光焊接密封，使得壳盖内部形成密封空间，焊缝深度为1mm，所述底座、壳盖和接嘴均采用304l不锈钢材质。
17.一种基于上述的双轴加速度传感器的安装方法，包括如下步骤：s1、组装敏感芯体：将左端的压力板、水平陶瓷组、质量块、竖直陶瓷组和右端的压力板按顺序堆叠在一起（z轴正方向为右，z轴负方向为左），保证其中部的多个通孔同轴，穿入质量块两端的绝缘环，将沉头螺栓从中心的通孔穿过，拧上螺母使敏感芯体预紧；其中，水平陶瓷组中，从左到右依次为绝缘片、负极片、压电陶瓷b、正极片、压电陶
瓷a和绝缘片，压电陶瓷b的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a的正极朝向x轴负方向，用于测量x轴方向的加速度；竖直陶瓷组中，从左到右依次为绝缘片、压电陶瓷a、正极片、压电陶瓷b、负极片和绝缘片，压电陶瓷a的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b的正极朝向y轴负方向，用于测量y轴方向的加速度；s2、将组成好的敏感芯体安装于底座预留的定位块a上，其中沉头螺栓架设于定位槽a上，螺母架设于定位槽b上，分别压上各自的另一定位块a或定位块b，然后分别用螺栓紧固螺钉、螺母紧固螺钉紧固；s3、安装壳盖，焊接引线，焊接接嘴：将水平陶瓷组和竖直陶瓷组的正极片和负极片分别焊接上引线，后将壳盖焊接至底座上端外壁处，焊接好的引线从壳盖的接嘴引出并焊接至接嘴的4根接线端，最后将接嘴焊接至壳盖上端内部；s4、根据所需轴向在待测装置上通过螺纹安装孔将双轴加速度传感器旋紧于待测装置上进行测量。
18.一种基于上述的双轴加速度传感器的测量方法，对于水平陶瓷组和竖直陶瓷组，其压电陶瓷受到剪切作用时，压电陶瓷的两个表面会产生等量异种电荷，其中，水平陶瓷组用于测量x轴轴向加速度，竖直陶瓷组用于测量y轴轴向加速度；当传感器受到x轴轴向加速度时，质量块会产生同向的惯性力，该惯性力对水平陶瓷组的压电陶瓷b和压电陶瓷a施加x向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷通过负极片、正极片输出，其中正极片的电荷q1通过接嘴的引线输出到采集系统里用于分析求解加速度值，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时竖直陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿y向安装，没有受到y向的剪切力，因此竖直压电陶瓷组不产生电荷；当传感器受到y轴轴向加速度时，质量块会产生同向的惯性力，该惯性力对竖直陶瓷组的压电陶瓷a、压电陶瓷b施加y向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷会通过正极片、负极片输出，其中正极片的电荷q2通过接嘴的引线输出到采集系统里用于分析求解加速度值，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时水平陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿x向安装，没有受到x向的剪切力，因此水平压电陶瓷不产生电荷；
19.其中，a
x
为x轴的轴向加速度，ay为y轴的轴向加速度，k1为水平陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，k2为竖直陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，q1为水平陶瓷组正极片输出的电荷量，q2为竖直陶瓷组正极片输出的电荷量。
20.当传感器受到非x轴的轴向、非y轴的轴向的加速度时，质量块仍会产生同向的惯性位移，同时对压电陶瓷会产生相应的惯性力，但由于压电陶瓷的安装方向所致，只要不是产生与压电陶瓷同向的剪切力，压电陶瓷均不会产生电荷。
21.本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
22.本发明的有益效果为：
（1）本发明提供了一种新型结构的双轴加速度传感器，以满足水平和竖直振动的情况测试。本发明设计了新型的芯体安装结构，经过标定得到结构的频响满足使用要求，并且辅助压力板使压电陶瓷受力均匀，辅助绝缘片和绝缘环以达到绝缘的目的，使测量结果更准确。
23.（2）传统传感器中，通常使用两块甚至四块质量块，必然会出现加工误差等原因导致各个质量块重量不一致，进而导致两个方向的测量范围不能完全一致，相比较于传统的传感器，本发明采用单质量块分别对两个方向的压电陶瓷施加剪切力，可保证两个方向的剪切力一致（假设两个方向的振动频率一致），进而保证两个方向的量程不会偏差太大，同时这种单质量块设计，比使用多个质量块的结构更小更轻巧，可减小传感器整体的体积和质量，达到传感器小型化的目的。
附图说明
24.图1为本发明的测试原理示意图；图2为本发明的二维加速度传感器的装配示意图；图3为本发明中敏感芯体的外观示意图；图4为本发明中敏感芯体的结构剖视图；图5为水平压电陶瓷组中压电陶瓷a、压电陶瓷b的安装示意图；图6为本发明中加速度a
x
产生的原理图；图7为本发明中加速度ay产生的原理图；图8为本发明中底座、定位组件a、定位组件b的配合关系示意图；图9为本发明的安装面结构示意图；图10为本发明的传感器外观示意图；图11为本发明的传感器x向频率响应图谱；图12为本发明的传感器y向频率响应图谱；图中，1-接嘴；2-壳盖；3-螺栓紧固螺钉；4-定位块a；5-沉头螺栓；6-水平陶瓷组；7-质量块；8-竖直陶瓷组；9-螺母；10-螺母紧固螺钉；11-定位块b；12-底座；131-正极片；132-负极片；141-压电陶瓷a；142-压电陶瓷b；15-绝缘片；16-压力板；17-绝缘环；18-定位槽a；19-定位槽b；20-螺纹安装孔。
具体实施方式
25.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.实施例1一种双轴加速度传感器，如图1-图10所示，包括底座12、敏感芯体、壳盖2和接嘴1；底座12上端外壁套接壳盖2，壳盖2上端内部插接接嘴1，接嘴1下端连接有引线，引线与壳盖
内部的敏感芯体相连接；敏感芯体包括水平陶瓷组6、质量块7和竖直陶瓷组8，水平陶瓷组6和竖直陶瓷组8对称分布于质量块7两侧，用于测量x轴、y轴的双向加速度，定义水平陶瓷组与竖直陶瓷组的中心点连线为z轴正方向，x轴、y轴垂直于z轴方向，分别指向水平方向和竖直方向。
28.实施例2一种双轴加速度传感器，如实施例1所述，所不同的是，水平陶瓷组6沿z轴正方向依次包括绝缘片15、负极片132、压电陶瓷b 142、正极片131、压电陶瓷a 141和绝缘片15，压电陶瓷和正负极片交替安装，压电陶瓷a 141、压电陶瓷b 142、负极片132、正极片131、绝缘片15均为正方形片状结构，质量块7为正方体结构，压电陶瓷a 141、压电陶瓷b 142、负极片132、正极片131、绝缘片15、质量块7中部均设置有与沉头螺栓配合的通孔；压电陶瓷a 141和压电陶瓷b 142为经过极化后的压电陶瓷，具有正负极，为了更好的区分压电陶瓷的正负极，压电陶瓷正极一端做倒角处理；水平陶瓷组中，压电陶瓷b 142的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a 141的正极朝向x轴负方向；竖直陶瓷组沿z轴正方向依次包括绝缘片15、压电陶瓷a 141、正极片131、压电陶瓷b 142、负极片132和绝缘片15，在竖直陶瓷组中，压电陶瓷a 141的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b 142的正极朝向y轴负方向。
29.本发明的两个陶瓷组的安装方式分别设计为x向和y向，由一块质量块分别向两个陶瓷组施加剪切力，达到双向测试且结构精简的目的。
30.实施例3一种双轴加速度传感器，如实施例2所述，所不同的是，水平陶瓷组6和竖直陶瓷组8通过定位组件a、定位组件b、沉头螺栓5和螺母9安装于底座12上，定位组件a包括一对定位块a 4，定位块a 4上设置有与沉头螺栓的头部配合的定位槽a 18，定位组件b包括一对定位块b 11，定位块b 11上设置有与螺母配合的定位槽b 19；定位组件a中的一个定位块a固定于底座12上，两定位块a 4通过螺栓紧固螺钉3紧固，用于固定沉头螺栓5的一端头部；沉头螺栓5的另一端穿过水平陶瓷组6、质量块7和竖直陶瓷组8的通孔，并通过螺母9连接，螺母9通过一对定位块b的定位槽b 19进行定位，并通过螺母紧固螺钉10固定。
31.质量块7位于定位组件a、定位组件b之间，水平陶瓷组和竖直陶瓷组由沉头螺栓和螺母安装紧固。
32.本发明的敏感芯体的沉头螺栓安装于定位槽a 18，螺母安装于定位槽b 19，定位块a 4、螺栓紧固螺钉3、定位块b 11、螺母紧固螺钉10将敏感芯体固定于底座上。
33.实施例4一种双轴加速度传感器，如实施例3所述，所不同的是，沉头螺栓5上在水平陶瓷组和竖直陶瓷组处均套设有绝缘环17，用于绝缘水平陶瓷组/竖直陶瓷组与沉头螺栓。
34.水平陶瓷组和竖直陶瓷组均包括一压力板16，压力板16安装于沉头螺栓5头部与绝缘片15之间，以及螺母9与绝缘片15之间，用于平均沉头螺栓或螺母施加给压电陶瓷b的预紧力。
35.本发明的两组陶瓷组（水平陶瓷组和竖直陶瓷组）均设计有绝缘片，用于绝缘质量块和压力板，绝缘环用于绝缘沉头螺栓。
36.实施例5一种双轴加速度传感器，如实施例4所述，所不同的是，质量块7的材质为高比重合金，正极片131、负极片132的材质为inconel 600，压力板16、沉头螺栓5、螺母9、螺栓紧固螺钉3、螺母紧固螺钉10的材质均为304l不锈钢，绝缘片15、绝缘环17的材质为peek。
37.实施例6一种双轴加速度传感器，如实施例5所述，所不同的是，接嘴1采用高温烧结玻璃材料设计，用于与壳盖2进行隔离，接嘴1下端设置有4根接线端，4根接线端下端连接4根引线，其中2根引线连接至水平陶瓷组6的正极片和负极片，用于传输水平振动信号；另外2根引线连接至竖直陶瓷组8的正极片和负极片，用于传输竖直振动信号。
38.底座12与壳盖2之间，壳盖2与接嘴1之间均采用高能量激光焊接密封，使得壳盖2内部形成密封空间，焊缝深度为1mm，底座12、壳盖2和接嘴1均采用304l不锈钢材质。
39.实施例7一种双轴加速度传感器的安装方法，包括如下步骤：s1、组装敏感芯体：将左端的压力板16、水平陶瓷组6、质量块7、竖直陶瓷组8和右端的压力板16按顺序堆叠在一起（z轴正方向为右，z轴负方向为左），保证其中部的多个通孔同轴，穿入质量块7两端的绝缘环17，将沉头螺栓5从中心的通孔穿过，拧上螺母9使敏感芯体预紧；其中，水平陶瓷组6中，从左到右依次为绝缘片15、负极片132、压电陶瓷b 142、正极片131、压电陶瓷a 141和绝缘片15，压电陶瓷b 142的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a 141的正极朝向x轴负方向，用于测量x轴方向的加速度；竖直陶瓷组8中，从左到右依次为绝缘片15、压电陶瓷a 141、正极片131、压电陶瓷b 142、负极片132和绝缘片15，压电陶瓷a 141的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b 142的正极朝向y轴负方向，用于测量y轴方向的加速度；s2、将组成好的敏感芯体安装于底座12预留的定位块a 4上，其中沉头螺栓5架设于定位槽a 18上，螺母9架设于定位槽b 19上，分别压上各自的另一定位块a或定位块b，然后分别用螺栓紧固螺钉3、螺母紧固螺钉10紧固；s3、安装壳盖2，焊接引线，焊接接嘴1：将水平陶瓷组6和竖直陶瓷组8的正极片和负极片分别焊接上引线，后将壳盖2焊接至底座上端外壁处，焊接好的引线从壳盖的接嘴1引出并焊接至接嘴的4根接线端，最后将接嘴1焊接至壳盖2上端内部；s4、根据所需轴向在待测装置上通过螺纹安装孔20将双轴加速度传感器旋紧于待测装置上进行测量，如图9所示。
40.实施例8一种双轴加速度传感器的测量方法，对于水平陶瓷组6和竖直陶瓷组8，其压电陶瓷受到剪切作用时，压电陶瓷的两个表面会产生等量异种电荷，其中，水平陶瓷组用于测量x轴轴向加速度，竖直陶瓷组用于测量y轴轴向加速度；当传感器受到x轴轴向加速度时，质量块7会产生同向的惯性力，该惯性力对水平陶瓷组的压电陶瓷b和压电陶瓷a施加x向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷通过负极片、正极片输出，其中正极片的电荷q1通过接嘴的引线输出到采集系统里用于分
析求解加速度值，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时竖直陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿y向安装，没有受到y向的剪切力，因此竖直压电陶瓷组不产生电荷；当传感器受到y轴轴向加速度时，质量块7会产生同向的惯性力，该惯性力对竖直陶瓷组的压电陶瓷a、压电陶瓷b施加y向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷会通过正极片、负极片输出，其中正极片的电荷q2通过接嘴的引线输出到采集系统里用于分析求解加速度值，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时水平陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿x向安装，没有受到x向的剪切力，因此水平压电陶瓷不产生电荷；
41.其中，a
x
为x轴的轴向加速度，ay为y轴的轴向加速度，k1为水平陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，k2为竖直陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，q1为水平陶瓷组正极片输出的电荷量，q2为竖直陶瓷组正极片输出的电荷量。
42.当传感器受到非x轴的轴向、非y轴的轴向的加速度时，质量块仍会产生同向的惯性位移，同时对压电陶瓷会产生相应的惯性力，但由于压电陶瓷的安装方向所致，只要不是产生与压电陶瓷同向的剪切力，压电陶瓷均不会产生电荷。
43.本发明区别于传统的芯体安装于中心柱或底座的结构，本发明将敏感芯体独立出来，敏感芯体通过通体的沉头螺栓和螺母紧固，后将敏感芯体采用定位组件a、定位组件b安装于底座上，同时与传统的双质量块或四个质量块相比，本发明采用了一个质量块，结构更轻，使得整体具有更高的谐振频率，谐振频率越高，频率响应范围越大，可靠性就更高。对本发明实施例6的双轴加速度传感器通过有限元仿真的方法对其进行谐响应分析，对其结构的谐振频率进行标定，如图11、图12所示，传感器的x向谐振频率为30.9k，y向谐振频率为24k。
44.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种双轴加速度传感器，其特征在于，包括底座、敏感芯体、壳盖和接嘴；所述底座上端外壁套接壳盖，壳盖上端内部插接接嘴，接嘴下端连接有引线，引线与壳盖内部的敏感芯体相连接；所述敏感芯体包括水平陶瓷组、质量块和竖直陶瓷组，水平陶瓷组和竖直陶瓷组对称分布于质量块两侧，用于测量x轴、y轴的双向加速度，定义水平陶瓷组与竖直陶瓷组的中心点连线为z轴正方向，x轴、y轴垂直于z轴方向，分别指向水平方向和竖直方向。2.根据权利要求1所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述水平陶瓷组沿z轴正方向依次包括绝缘片、负极片、压电陶瓷b、正极片、压电陶瓷a和绝缘片，压电陶瓷a、压电陶瓷b、负极片、正极片、绝缘片均为正方形片状结构，质量块为正方体结构，压电陶瓷a、压电陶瓷b、负极片、正极片、绝缘片、质量块中部均设置有与沉头螺栓配合的通孔；所述压电陶瓷a和压电陶瓷b为经过极化后的压电陶瓷，具有正负极，水平陶瓷组中，压电陶瓷b的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a的正极朝向x轴负方向；所述竖直陶瓷组沿z轴正方向依次包括绝缘片、压电陶瓷a、正极片、压电陶瓷b、负极片和绝缘片，在竖直陶瓷组中，压电陶瓷a的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b的正极朝向y轴负方向。3.根据权利要求2所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述水平陶瓷组和竖直陶瓷组通过定位组件a、定位组件b、沉头螺栓和螺母安装于底座上，所述定位组件a包括一对定位块a，定位块a上设置有与沉头螺栓的头部配合的定位槽a，定位组件b包括一对定位块b，定位块b上设置有与螺母配合的定位槽b；定位组件a中的一个定位块a固定于底座上，两定位块a通过螺栓紧固螺钉紧固，用于固定沉头螺栓的一端头部；沉头螺栓的另一端穿过水平陶瓷组、质量块和竖直陶瓷组的通孔，并通过螺母连接，螺母通过一对定位块b的定位槽b进行定位，并通过螺母紧固螺钉固定。4.根据权利要求3所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述沉头螺栓上在水平陶瓷组和竖直陶瓷组处均套设有绝缘环，用于绝缘水平陶瓷组/竖直陶瓷组与沉头螺栓。5.根据权利要求4所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述水平陶瓷组和竖直陶瓷组均包括一压力板，压力板安装于沉头螺栓头部与绝缘片之间，以及螺母与绝缘片之间，用于平均沉头螺栓或螺母施加给压电陶瓷b的预紧力。6.根据权利要求5所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述质量块的材质为高比重合金，正极片、负极片的材质为inconel 600，压力板、沉头螺栓、螺母、螺栓紧固螺钉和螺母紧固螺钉的材质均为304l不锈钢，绝缘片、绝缘环的材质为peek。7.根据权利要求6所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述接嘴采用高温烧结玻璃材料设计，用于与壳盖进行隔离，接嘴下端设置有4根接线端，4根接线端下端连接4根引线，其中2根引线连接至水平陶瓷组的正极片和负极片，用于传输水平振动信号；另外2根引线连接至竖直陶瓷组的正极片和负极片，用于传输竖直振动信号。8.根据权利要求7所述的双轴加速度传感器，其特征在于，所述底座与壳盖之间，壳盖与接嘴之间均采用激光焊接密封，使得壳盖内部形成密封空间，焊缝深度为1mm，所述底座、壳盖和接嘴均采用304l不锈钢材质。9.一种基于权利要求7所述的双轴加速度传感器的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1、组装敏感芯体：将左端的压力板、水平陶瓷组、质量块、竖直陶瓷组和右端的压力板按顺序堆叠在一起，保证其中部的多个通孔同轴，穿入质量块两端的绝缘环，将沉头螺栓从中心的通孔穿过，拧上螺母使敏感芯体预紧；其中，水平陶瓷组中，从左到右依次为绝缘片、负极片、压电陶瓷b、正极片、压电陶瓷a和绝缘片，压电陶瓷b的正极朝向x轴正方向，压电陶瓷a的正极朝向x轴负方向，用于测量x轴方向的加速度；竖直陶瓷组中，从左到右依次为绝缘片、压电陶瓷a、正极片、压电陶瓷b、负极片和绝缘片，压电陶瓷a的正极朝向y轴正方向，压电陶瓷b的正极朝向y轴负方向，用于测量y轴方向的加速度；s2、将组成好的敏感芯体安装于底座预留的定位块a上，其中沉头螺栓架设于定位槽a上，螺母架设于定位槽b上，分别压上各自的另一定位块a或定位块b，然后分别用螺栓紧固螺钉、螺母紧固螺钉紧固；s3、安装壳盖，焊接引线，焊接接嘴：将水平陶瓷组和竖直陶瓷组的正极片和负极片分别焊接上引线，后将壳盖焊接至底座上端外壁处，焊接好的引线从壳盖的接嘴引出并焊接至接嘴的4根接线端，最后将接嘴焊接至壳盖上端内部；s4、在待测装置上通过螺纹安装孔将双轴加速度传感器旋紧于待测装置上进行测量。10.一种基于权利要求7所述的双轴加速度传感器的测量方法，其特征在于，对于水平陶瓷组和竖直陶瓷组，其压电陶瓷受到剪切作用时，压电陶瓷的两个表面会产生等量异种电荷，其中，水平陶瓷组用于测量x轴轴向加速度，竖直陶瓷组用于测量y轴轴向加速度；当传感器受到x轴轴向加速度时，质量块产生同向的惯性力，该惯性力对水平陶瓷组的压电陶瓷b和压电陶瓷a施加x向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷通过负极片、正极片输出，其中正极片的电荷q1通过接嘴的引线输出，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时竖直陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿y向安装，没有受到y向的剪切力，因此竖直压电陶瓷组不产生电荷；当传感器受到y轴轴向加速度时，质量块产生同向的惯性力，该惯性力对竖直陶瓷组的压电陶瓷a、压电陶瓷b施加y向的剪切力，剪切力使压电陶瓷两表面产生的电荷会通过正极片、负极片输出，其中正极片的电荷q2通过接嘴的引线输出，负极片的电荷通过壳盖输出到地面，此时水平陶瓷组的压电陶瓷a和压电陶瓷b的安装方向是沿x向安装，没有受到x向的剪切力，因此水平压电陶瓷不产生电荷；；其中，a
x
为x轴的轴向加速度，a
y
为y轴的轴向加速度，k1为水平陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，k2为竖直陶瓷组中压电陶瓷a和压电陶瓷b的灵敏度，q1为水平陶瓷组正极片输出的电荷量，q2为竖直陶瓷组正极片输出的电荷量。

技术总结
本发明涉及一种双轴加速度传感器及其安装、测量方法，属于加速度传感器技术领域，包括底座、敏感芯体、壳盖和接嘴；所述底座上端外壁套接壳盖，壳盖上端内部插接接嘴，接嘴下端连接有引线，引线与壳盖内部的敏感芯体相连接；敏感芯体包括水平陶瓷组、质量块和竖直陶瓷组，水平陶瓷组和竖直陶瓷组对称分布于质量块两侧，用于测量X轴、Y轴的双向加速度。本发明设置了一种新型的芯体结构，只采用一个质量块即可实现双轴的加速度测量，测量结果准确，且结构更小巧，可减小传感器整体的体积和质量，达到传感器小型化的目的。到传感器小型化的目的。到传感器小型化的目的。


技术研发人员：曹光利 郇正利 徐俊飞
受保护的技术使用者：山东利恩斯智能科技有限公司
技术研发日：2023.09.05
技术公布日：2023/10/11