專利名稱：含芯壓電棒多維加速度傳感器及加速度測量方法
技術領域：
本發明涉及壓電傳感器，具體涉及到一種多維壓電加速度傳感器及其測量方法。
背景技術：
常用的壓電加速度傳感器的結構主要有壓縮型、剪切型和彎曲型3種。其中彎曲型壓電加速度傳感器的敏感元件是壓電材料制作的懸臂梁，或粘貼有壓電材料的懸臂梁， 其固有頻率低、靈敏度高，適用于低頻測量，缺點是體積大，機械強度較差。目前市場上的壓電加速度計多為單軸和二軸加速度計，三軸加速度計一般由一個雙軸加速度計和一個單軸加速度計組合而成，體積大。中國專利(申請號=200810222531. X)公開了一種正交環型壓電加速度計，用于測量三軸加速度，但是結構復雜，體積較大。中國發明專利(申請號=200810124088. 2)公開了一種表面部分涂布電極的含有金屬芯的壓電陶瓷纖維，在含金屬芯壓電陶瓷纖維表面，沿著長度延伸方向部分地覆蓋電極，可以實現彎曲振動功能，也可以用于測量特定角度的加速度大小，無法測量2維和多維的加速度方向和大小。
發明內容
本發明的目的在于克服常規加速度計一般只能測量一維的直線加速度，且結構復雜的缺點，提供一種能測量三軸加速度，靈敏度高的壓電加速度傳感器及其測量方法。一種壓電加速度傳感器，其特征在于包括底座、安裝于底座上的基座、對稱安裝于基座四周并共處于同一平面整體成十字形布局的四根相同的含芯壓電棒，分別為第一含芯壓電棒、第二含芯壓電棒、第三含芯壓電棒、第四含芯壓電棒；含芯壓電棒一端固定于基座上，另一端自由；還包括安裝于底座上的外殼；上述含芯壓電棒由壓電材料包裹芯棒組成，或由壓電元件對稱的粘貼在芯棒周圍并且壓電元件之間的空余部分用環氧樹脂填滿而組成，在壓電材料或壓電元件表面還沿軸向按上、下、左、右對稱分布著四個表面電極。利用上述壓電加速度傳感器的加速度測量方法，其特征在于包括以下過程(1)、 將整個加速度傳感器置于笛卡爾坐標系中，含芯壓電棒所處的平面作為XOY平面，四根芯壓電棒與基座安裝處的中心位置為0點，其中第一含芯壓電棒與X軸正方向重合，第二含芯壓電棒與Y軸正方向重合、第三含芯壓電棒與X軸負方向重合、第四含芯壓電棒與Y軸負方向重合，過0點垂直XOY平面且方向向上為Z軸正方向；(2)、將第一含芯壓電棒的上表面電極、右表面電極、下表面電極、左表面電極所帶電荷值分別依次計作Qn、Q12、Q13、Q14 ；將第二含芯壓電棒的上表面電極、右表面電極、下表面電極、左表面電極所帶電荷值分別依次計作Q21、Q22、Q23、Q24 ； (3)、加速度a作用于含芯壓電棒多維加速度傳感器時，設加速度a和坐標軸X、Y、Z的正方向的夾角分別為為α、β、γ ； (4)、根據以下公式求解加速度a的大小和方向
權利要求
1.一種壓電加速度傳感器，其特征在于包括底座(4)、安裝于底座(4)上的基座(2)、 對稱安裝于基座(2)四周并共處于同一平面整體成十字形布局的四根相同的含芯壓電棒， 分別為第一含芯壓電棒(10)、第二含芯壓電棒(20)、第三含芯壓電棒(30)、第四含芯壓電棒(40)；含芯壓電棒一端固定于基座上，另一端自由；還包括安裝于底座(4)上的外殼 ⑶；上述含芯壓電棒由壓電材料包裹芯棒組成，或由壓電元件對稱的粘貼在芯棒周圍并且壓電元件之間的空余部分用環氧樹脂填滿而組成，在壓電材料或壓電元件表面還沿軸向按上、下、左、右對稱分布著四個表面電極。
2.根據權利要求1所述的由壓電元件粘貼在芯棒上組成的含芯壓電棒，其特征在于 上述含芯壓電棒橫截面為圓形或正四邊形或正八邊形。
3.根據權利要求1所述的由壓電元件粘貼在芯棒上組成的含芯壓電棒，其特征在于 上述芯棒為金屬材料或復合材料。
4.根據權利要求1所述的由壓電元件粘貼在芯棒上組成的含芯壓電棒，其特征在于 上述壓電元件是由壓電材料兩面涂覆金屬層，形成電極-電壓材料-電極的三明治結構組成。
5.根據權利要求1所述的由壓電元件粘貼在芯棒上組成的含芯壓電棒，其特征在于 上述壓電元件的截面形狀，根據芯棒的截面形狀，為圓弧形或矩形。
6.根據權利要求1所述的含芯壓電棒，其特征在于上述含芯壓電棒中壓電材料或壓電元件中壓電材料為壓電單晶、壓電陶瓷、聚偏氟乙烯、壓電復合材料之一或其種幾種組合制成。
7.利用權利要求1所述壓電加速度傳感器的加速度測量方法，其特征在于包括以下過程(1)、將整個加速度傳感器置于笛卡爾坐標系中，含芯壓電棒所處的平面作為XOY平面，四根芯壓電棒與基座安裝處的中心位置為0點，其中第一含芯壓電棒(10)與X軸正方向重合，第二含芯壓電棒(20)與Y軸正方向重合、第三含芯壓電棒(30)與X軸負方向重合、 第四含芯壓電棒(40)與Y軸負方向重合，過0點垂直XOY平面且方向向上為Z軸正方向；(2)、將第一含芯壓電棒(10)的上表面電極、右表面電極、下表面電極、左表面電極所帶電荷值分別依次計作Qn、Q12、Q13、Q14 ；將第二含芯壓電棒(20)的上表面電極、右表面電極、下表面電極、左表面電極所帶電荷值分別依次計作Q21、Q22、Q23、Q24 ；(3)、加速度a作用于含芯壓電棒多維加速度傳感器時，設加速度a和坐標軸X、Y、Z的正方向的夾角分別為為α、β、Y ；(4)、根據以下公式求解加速度a的大小和方向
全文摘要
本發明公開一種含芯壓電棒多維加速度傳感器及加速度測量方法，涉及多維壓電加速度傳感器。將四根相同的含芯壓電棒對稱安裝于基座四周并共處于同一平面，整體成十字形布局；含芯壓電棒的一端固定于基座上，另一端自由；含芯壓電棒由電材料環繞芯棒組成，或由壓電元件粘貼在芯棒上組成。當傳感器受到直線加速度作用時，根據不同含芯壓電棒的各個電極上的電荷數值，可以判斷出加速度的方向和大小。
文檔編號G01P15/18GK102175892SQ20111002757
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者邊義祥 申請人:邊義祥