[发明专利]一种高温加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于高温压电传感器领域，具体涉及一种以结构有序型系列晶体作为敏感元件的高温加速度传感器。

背景技术

压电加速度传感器是一类利用介质材料压电效应制成的加速度传感器。当介质材料受力作用而发生形变时，由于极化现象，其表面会产生电荷，从而实现非电量测量。它已广泛应用于动态力、加速度、压力的测量。随着现代科技的发展，航天航空、军事工业、冶金等领域迫切需要能在高温环境下正常工作的压电加速度传感器。

现使用的压电介质材料可分为三类，分别是高分子压电材料、压电陶瓷、压电单晶。但高分子压电材料的工作温度适合范围为100℃以下，不适合高温苛刻环境，而压电陶瓷具有热释电性，易对力学量测量造成干扰。因此，压电单晶成为高温压电传感器的首选材料。现已商业化的压电单晶主要包括α-石英和铌酸锂单晶。但α-石英在350℃产生双晶，573℃附近产生α-β相变，严重影响其综合性能，制约了其高温应用。铌酸锂单晶的机电耦合系数虽然较大，但其频率稳定性、温度稳定性较差，使其在高温应用方面受到限制。

硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄:LGS)系列晶体(结构无序型：La₃Ga₅SiO₁₄、La₃Nb_0.5Ga_5.5O₁₄、La₃Ta_0.5Ga_5.5O₁₄，结构有序型：Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄、Sr₃TaGa₃Si₂O₁₄、Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄、Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄)是一类备受关注且性能优异的新型高温压电晶体。其压电系数大，机电耦合系数约为α-石英的2～3倍，至熔点(1300～1500℃)不存在相变，具有零频率温度系数切型，这些优点使其高温应用成为可能。

在2004年之前的20多年内，科研工作者对该系列晶体在传感器方面应用的研究主要集中在-60～200℃。而近10年来，该系列晶体高温传感器应用的研究迅速发展，主要集中在结构无序型LGS系列晶体的表面声波传感器与体声波传感器。HuankiatSeh等人系统研究了LGS晶体表面声波谐振器在高温传感方面的应用(～1000℃)，设计并研制了LGS高温气体传感器。G.Tortissier等人研究了LGS晶体体声波高温传感器，用于苛刻环境下化学成分的检测，并测试了25～450℃范围内延迟线的频率变化。

关于结构无序型LGS系列晶体的高温加速度传感器应用的研究较少，而关于结构有序型LGS系列晶体的高温传感器应用未见报道。

发明内容

本发明旨在进一步拓展现有高温加速度传感器的类型，本发明经过锐意的研究发现敏感原件的高温电阻率高有利于拓展加速传感器的下限频率，因此提供了一种以结构有序型硅酸镓镧系列晶体作为敏感元件的高温加速度传感器。

本发明提供了一种高温加速度传感器，所述高温加速度传感器以结构有序型压电晶体Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄、Sr₃TaGa₃Si₂O₁₄、Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄和/或Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄作为敏感元件。

较佳地，所述构成敏感元件的材料属于三方晶系，空间群P321，点群32。

较佳地，所述敏感元件的形状可为方形、圆形或圆环形。

较佳地，所述敏感元件可单独使用或多个敏感元件并联使用。

较佳地，所述高温加速度传感器可使用敏感元件的正压缩模式或剪切模式。