[发明专利]一种压电传感器组件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器与换能器技术领域，特指一种应用于振动测试、监测与监控用的压电式传感器组件的制备方法。

背景技术

压电传感器基于压电材料的压电效应而工作，以其灵敏度高、使用温度范围宽、稳定性好等众多优点，在速度、加速度、压力、振动、冲击等测量、监测与监控方面具有广阔的应用前景。

目前使用压电式传感器主要采用螺母锁紧、环氧树脂粘接和夹圈的方式将压电元件及质量块安装在基座上，如图1所示的正端压缩型压电式传感器组件，基座10中间形成套杆102，压电元件13、质量块14依次层叠且套于套杆102上，套杆102上端形成螺纹结构，采用螺母16将压电元件13及质量块14锁紧在基座10，此外，压电元件13与基座10和质量块14之间还设有绝缘片15；如图2所示的环形剪切型胶粘制备的压电传感器组件，采用环氧树脂将压电元件13及质量块14粘接在基座的套杆102上，其中质量块14套在压电元件13上，压电元件13则套在基座的套杆102上，如图3所示的夹圈紧固剪切型压电传感器组件，采用夹圈17将压电元件13及质量块14夹持固定在基座10的套杆102上。

采用上述螺母锁紧和夹圈的方法制作的组件，可一次将压电元件13及质量块14紧固在基座10上，因存在一个预应力，使质量块14、压电元件13及基座10固定处之间几乎无间隙，同时质量块14与基座10作为导电电极，能有效避免传感器灵敏度输出异常，同时温度变化过程中，灵敏度随温度的变化不会产生大的偏差，但预应力的施加会使高d₃₃及d₁₅值的压电元件性能恶化，进而导致传感器灵敏度下降，稳定性变差，同时夹圈17为一种很特殊的金属材料，不适合实际的规模化生产。

上述采用环氧树脂及导电胶将压电元件13、质量块14固定在基座10上的方法制作的组件，需要非常熟练的操作员工在显微镜下进行操作，以防止涂覆环氧树脂过程中产生缺陷影响组件的质量，同时涂覆分两次才能完成，因此该压电传感器组件制作效率低，成本高。另外涂环氧树脂及导电涂胶，造成质量块、压电元件及基座固定处之间尺寸间隙会较大，从而影响传感器的灵敏度输出，灵敏度值不易控制，尤其是因质量块、压电元件、基座及有机物之间热膨胀系数不一致，导致出现热应力，而组件中使用质量块14与基座10作为导电电极，很容易导致灵敏度输出产生很大的偏差。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明提供一种压电传感器组件的制备方法，提升传感器性能（灵敏度），同时提高生产效率，降低生产成本。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种压电传感器组件的制备方法，包括以下步骤：

一、将低熔点金属材料粉末用模具压制或者将低熔点金属熔化后用模具浇注成内低熔点金属层和外低熔点金属层；

二、将一定厚度的金属治具套入基座套杆的底部；

三、在治具上围绕套杆依次放入内低熔点金属层、压电元件、外低熔点金属层，将质量块套入套杆，使内低熔点金属层、压电元件、外低熔点金属层夹置于套杆与质量块之间，压电元件夹置于内低熔点金属层与外低熔点金属层之间；

四、将基座及基座上的治具、治具上的内低熔点金属层、压电元件、外低熔点金属层和质量块整体放入电炉或箱炉中，在到达所述金属材料熔点的温度下中保温一段时间；

五、随炉冷却或直接拿出自然冷却至低于金属材料熔点的温度；

六、将金属治具从基座上取下，得到所需的压电传感器组件。

所述内低熔点金属层和外低熔点金属层均为圆环型或方片型。

所述低熔点金属材料为铜锡焊材料。

所述步骤四中，保温过程是在180～350℃中保温20～60min。

所述步骤五中，冷却至低于金属材料熔点的温度具体指冷却至150℃以下。

所述低熔点金属材料的熔点范围在180～350℃。