阅读说明：本技术 一种电荷输出元件及其装配方法 (Charge output element and assembling method thereof ) 是由 吴发明 伍胜利 翁新全 许静玲 柯银鸿 刘瑞林 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电荷输出元件及其装配方法,所述的电荷输出元件包括：支架、压电元件、质量块及抱紧套环,所述支架为回转体结构；压电元件的内环面套装于支架的外环面上,该压电元件沿其轴向至少开设有一贯通侧壁的结构槽；质量块的内环面套装于压电元件的外环面上,该质量块沿其轴向至少开设有一贯通侧壁的开口槽；所述抱紧套环为回转体结构,该抱紧套环的内环面与质量块的外环面过盈配合。本发明无需特别的生产环境及装配设备,即可在常温环境下快速完成装配。本发明结构简单,装配方便,操作简单,装配灵活,适用于批量生产,并能保证产品性能的一致性。(The invention discloses a charge output element and an assembling method thereof, wherein the charge output element comprises: the piezoelectric device comprises a support, a piezoelectric element, a mass block and a holding lantern ring, wherein the support is of a revolving body structure; the inner ring surface of the piezoelectric element is sleeved on the outer ring surface of the bracket, and the piezoelectric element is at least provided with a structural groove penetrating through the side wall along the axial direction of the piezoelectric element; the inner ring surface of the mass block is sleeved on the outer ring surface of the piezoelectric element, and the mass block is at least provided with an open slot penetrating through the side wall along the axial direction of the mass block; the clasping lantern ring is of a revolving body structure, and the inner annular surface of the clasping lantern ring is in interference fit with the outer annular surface of the mass block. The invention can rapidly complete the assembly in the normal temperature environment without special production environment and assembly equipment. The invention has simple structure, convenient assembly, simple operation and flexible assembly, is suitable for batch production and can ensure the consistency of product performance.)

一种电荷输出元件及其装配方法

【技术领域】

本发明涉及传感器的技术领域，特别是指一种电荷输出元件及其装配方法。

【背景技术】

加速度传感器是将加速度、振动、冲击等物理现象所产生的压力转变成便于 测量的电信号的测试仪器。在压电加速度计承受振动激励时，质量块因承受振动 作用而施加在压电元件上的惯性力也随之变化，压电式加速度传感器是利用其中 的压电元件的“压电效应”来检测加速度。

压电加速度传感器内设置有电荷输出元件，现有技术中，电荷输出元件的各 部件间采用连接层连接，通过连接层连接的方式虽然能够使得电荷输出元件的各 部件装配结合，但是采用连接层连接方式对于连接层的品质及装配操作要求极 高，若连接层内含有杂质或者装配时操作不当，则会导致电荷输出元件各部件间 连接强度降低，使得电荷输出元件的整体刚度不足，进而导致压电加速度传感器 的频响及谐振性能过低。

CN201720669166.1提供了一种电荷输出元件，能够保证电荷输出元件的刚 性，但其需对质量块、压电元件、支架进行逐一较低温度的冷却使其产生足够的 收缩形变后再逐一进行装配的方式，对操作环境、操作者、装配精度均有很高的 要求，对电荷输出元件的批量生产存在很大的限制。由于质量块、压电元件、支 架的材质的线膨胀率系数均较小(10-6/℃的量级)，故为了获得一定量的收缩形 变，则需提供极低的冷却温度，操作繁琐，实现困难。

【

发明内容

】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无须特殊的生产环境及特 殊的装配设备即可在常温环境下快速完成装配的一种电荷输出元件的装配方法， 其操作简单快捷且高效，易于批量生产。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述电荷输出元件的装配方法装配的 电荷输出元件，其操作简单快捷且高效，易于批量生产。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电荷输出元件的装配方法，包括以下步骤：

步骤1：将垫高治具放置在支架上；

步骤2：将压电元件套入支架中，直至其底面与垫高治具的上表面贴平；

步骤3：将质量块套入压电元件中，直至其底面与垫高治具上表面贴平；

步骤4：将抱紧套环套入质量块的外锥面上，直至其底面与质量块的外锥面 接触，然后沿其轴向施力，直至抱紧套环贴合垫高治具的上表面，各个元件装配 到位，停止施力；

步骤5：将垫高治具移除。

进一步，所述支架为具有底板及柱体的倒T型的回转体结构，所述垫高治具 设有≥该支架柱体的开口，垫高治具的开口配合在支架的柱体上，垫高治具的底 面配合在支架的底板顶面上。

一种利用所述电荷输出元件的装配方法装配的电荷输出元件，其包括一支 架，其为回转体结构；

一压电元件，其内环面套装于支架的外环面上，该压电元件沿其轴向至少开 设有一贯通侧壁的结构槽；

一质量块，其内环面套装于压电元件的外环面上，该质量块沿其轴向至少开 设有一贯通侧壁的开口槽；

一抱紧套环，其为回转体结构，该抱紧套环的内环面与质量块的外环面过盈 配合该套紧套环与质量块之间设置有安装导向结构；及

可拆卸的配合在支架上的垫高治具。

进一步，所述支架为具有底板及柱体的倒T型的回转体结构，所述垫高治具 有≥该支架柱体的开口，垫高治具的开口配合在支架的柱体上，垫高治具的底面 配合在支架的底板顶面上。进一步，所述质量块的外环面设置有外锥面或所述抱 紧套环的内环面设置有内锥面，质量块的外锥面或抱紧套环的内锥面形成所述安 装导向结构。

进一步，所述质量块的外环面设置有外锥面，所述抱紧套环的内环面设置有 内锥面，质量块的外锥面及抱紧套环的内锥面形成所述安装导向结构。

进一步，所述压电元件具有内圆柱面及外圆柱面，内圆柱面及外圆柱面均设 置有导电层，该压电元件的结构槽的断面或压电元件的上下端面无导电层或其导 电层不与内圆柱面及外圆柱面的导电层导通。

进一步，所述压电元件沿其轴向开设有多个结构槽，至少其中一结构槽贯通 该压电元件的侧壁。

进一步，所述质量块沿其轴向开设有多个开口槽，至少其中一开口槽贯通该 质量块的侧壁。

进一步，所述抱紧套环为整圈封闭的环状结构体。

采用上述结构后，相较于现有的连接层连接方式的电荷输出元件，本发明无 需特别的生产环境及装配设备，即可在常温环境下快速完成装配。本发明是利用 压电元件的压电效应来产生正比于加速度力学量的电荷变化量，再通过内置小型 化电路板将压电元件的电荷变化量转换为IEPE电压信号输出，方便检测系统的 数据采集。本发明结构简单，装配方便，操作简单，装配灵活，适用于批量生产， 并能保证产品性能的一致性。

【附图说明】

图1a为本发明的较佳实施例立体图；图1b为图1a的俯视图；图1c为图1b 的剖视图。

图2a为本发明支架的第一种实施例立体图；图2b为图2a的俯视图；图2c 为图2b的剖视图。

图3a为本发明支架的第二种实施例立体图；图3b为图3a的俯视图；图3c 为图3b的剖视图。

图4a为本发明支架的第三种实施例立体图；图4b为图4a的俯视图；图4c 为图4b的剖视图。

图5a为本发明支架的第四种实施例立体图；图5b为图5a的俯视图；图5c 为图5b的剖视图。

图6a为本发明压电元件的第一种实施例立体图；图6b为图6a的俯视图； 图6c为图5b的剖视图。

图7a为本发明压电元件的第二种实施例立体图；图7b为图7a的俯视图； 图7c为图7b的剖视图。

图8a为本发明压电元件的第三种实施例立体图；图8b为图8a的俯视图； 图8c为图8b的剖视图。

图9a为本发明压电元件的第四种实施例立体图；图9b为图9a的俯视图； 图9c为图9b的剖视图。

图10a为本发明质量块的第一种实施例立体图；图10b为图10a的俯视图； 图10c为图10b的剖视图。

图11a为本发明质量块的第二种实施例立体图；图11b为图11a的俯视图； 图11c为图11b的剖视图。

图12a为本发明质量块的第三种实施例立体图；图12b为图12a的俯视图； 图12c为图12b的剖视图。

图13a为本发明质量块的第四种实施例立体图；图13b为图13a的俯视图； 图13c为图13b的剖视图。

图14a为本发明质量块的第五种实施例立体图；图14b为图14a的俯视图； 图14c为图14b的剖视图。

图15a为本发明质量块的第五种实施例立体图；图15b为图15a的俯视图； 图15c为图15b的剖视图。

图16a为本发明抱紧套环的第一种实施例立体图；图16b为图16a的俯视图； 图16c为图16b的剖视图。

图17a为本发明抱紧套环的第二种实施例立体图；图17b为图17a的俯视图； 图17c为图17b的剖视图。

图18为本发明一种电荷输出元件装配方法的流程图。

【

具体实施方式

】

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详 细阐述。

如图18所示，本发明揭示了一种电荷输出元件的装配方法，其包括以下步 骤：

步骤1：将垫高治具5放置在支架1上；

步骤2：将压电元件2套入支架中，直至其底面与垫高治具5的上表面贴平；

步骤3：将质量块3套入压电元件2中，直至其底面与垫高治具5上表面贴 平；

步骤4：将抱紧套环4套入质量块3的外锥面上，直至其底面与质量块3的 外锥面接触，然后沿其轴向施力，直至抱紧套环4贴合垫高治具5的上表面，各 个元件装配到位，停止施力；

步骤5：将垫高治具5移除。

本发明的支架1、压电元件2、质量块3及抱紧套环4的线膨胀系数无需具 备特定的大小关系要求。

所述支架1为具有底板12及柱体11的倒T型的回转体结构，所述垫高治具 5设有≥该支架柱体11的开口51，垫高治具5的开口51配合在支架1的柱体11 上，垫高治具5的底面配合在支架1的底板12顶面上。

如图1a至图1c所示，本发明还揭示了一种利用所述电荷输出元件的装配方 法进行装配的电荷输出元件，其包括：一个支架1、一个压电元件2、一个质量 块3、一个抱紧套环4及一个垫高治具5，所述压电元件2的内环面套装于支架1 的外环面上，所述质量块3的内环面套装于压电元件2的外环面上，所述抱紧套 环4的内环面套装于质量块3的外环面上。

其中，压电元件2与支架1间、压电元件2与质量块3间的配合无特定要求， 压电元件2与支架1、压电元件1与质量块3之间实际可为过盈配合、间隙配合 或过渡配合，而抱紧套环4与质量块3间为过盈配合，垫高治具5可拆卸的配合 在支架1上，最终使用的电荷输出元件不包括垫高治具5。垫高治具5设有≥该 支架1柱体11的开口51，垫高治具5的开口51配合在支架1的柱体11上，垫 高治具5的底面配合在支架1的底板12顶面上。

在常温环境下，在压电元件2与支架1、压电元件2与质量块3均安装到位 后，将抱紧套环4放置于质量块3上，在二者之间的带锥度的导向锥面配合到位 后，利用工装治具，对抱紧套环沿其轴向施加一定大小的挤压力，使得抱紧套环 沿其与质量块的导向锥面移动，直至抱紧套环与质量块的相对位置达到设计要 求，即可完成电荷输出元件的装配过程。

如图2a至图5c所示为支架1的结构四种实施例示意图，所述支架1均为为 具有柱体11及底板12的T型回转体结构，图2a至图5c所示的各实施例中，该 支架1均为T型结构的圆柱回转体，但支架1的结构并不限定为T型圆柱体，亦 可为其他形状的T型回转体结构；所述支架1的回转体结构11为与压电元件2 内环面21配合的必要结构特征，其余结构特征则可根据所配套的压电式加速度 传感器的设计要求开设相关的结构特征。

图2a至图2c为支架1的第一种实施方式，如图所示，本实施例中该支架1 的中心设有贯穿柱体11及底板12的通孔13，支架1的底板12外周设有内凹的 装配槽14，底板12的底部形成外凸的卡垣15。图3a至图3c为支架1的第二种 实施方式，如图所示，本实施例中该支架1的底板12中心底部设有往柱体11方 向设置的凹槽16，底板12的底部外周形成外凸的卡垣15。图4a至图4c为支架 1的第三种实施方式，如图所示，本实施例中，该支架1仅于底板12的底部设置 外凸的卡垣15。图5a至图5c为支架1的第四种实施方式，如图所示，本实施例中该支架1的底板12中心底部设有往柱体11方向设置的凹槽16，底板12外周 设有内凹的装配槽14，底板12的底部形成外凸的卡垣15。

如图6a至图9c所示，为压电元件2的四种实施例示意图，压电元件2可为 压电陶瓷或石英晶体或其他压电敏感元件，其内圆柱面21和外圆柱面22均设置 有导电层，该压电元件2沿其轴向开设有贯通侧壁的结构槽23，结构槽23的开 设宽度不限定具体值，大于0.1mm即可，结构槽23的两相对端面231、232或者 压电元件的上端面201及下端面202不具有导电层或者导电层不与该压电元件2 的内圆柱面21和外圆柱面22的导电层导通。压电元件2的结构槽23可根据实 际需要开设有若干个，图6a至图9c所示的实施例中，该结构槽23为一个条形 槽，但并不以1个为限，也不以条形槽为限，亦可为其他槽体结构，在保证有至 少一个贯通侧壁的结构槽23时，其他的结构槽23可无需贯通侧壁。图6a至图 6c所示的压电元件2的第一种实施例中，压电元件2的结构槽23开设有一个； 图7a至图7c所示的压电元件2的第二种实施例中，该压电元件2的结构槽23 开设有两个，两个结构槽23均贯通该压电元件2的侧壁；图8a至图8c所示的 压电元件2的第三实施例中，该压电元件2的结构槽23开设有两个，其中一个 结构槽23贯通压电元件2的侧壁，另一个结构槽23未贯通该压电元件2的侧壁； 图9a至图9c所示的压电元件2第四实施例中，该压电元件2的结构槽23开设 有三个，三个结构槽均贯通该压电元件2的侧壁。

如图10a至图15c所示，为质量块3的六种实施例示意图，质量块3具有内 环面31及外环面32，该质量块3沿其轴向开设有贯通侧壁的至少一开口槽33， 开口槽33的开设宽度不限定具体值，大于0.1mm即可，开口槽33可根据实际需 要开设若干个，不限定为一个，且所开设的开口槽33不限定为条形槽，亦可为 其他槽体结构，在保证有至少一个贯通侧壁的结构槽33后，其余开口槽33可不 必完全贯通侧壁。图10a至图10c所示的第一种实施例中，质量块3的开口槽33 开设有两个，其中一个开口槽33贯通质量块3的内外侧壁，另一开口槽33未贯 通内外侧壁，该质量块3的外环面32上还开设有一定锥度的外锥面34，外锥面 34的目的是便于与抱紧套环4过盈装配；图11a至图11c所示的第二中实施例中， 质量块3的开口槽33开设有两个，其中一个开口槽33贯通质量块3的内外侧壁， 另一开口槽33未贯通改质量块3的内外侧壁；图12a至图12c所示的第三实施 例中，质量块3的开口槽33开设有三个，其中一个开口槽33贯通质量块3的内 外侧壁，另外两个开口槽33未贯通该质量块3的内外侧壁，该质量块3的外环 面32上还开设有一定锥度的外锥面34；如图13a至图13c所示的第四实施例中， 质量块3的开口槽33开设有三个，其中一个开口槽33贯通质量块3的内外侧壁， 另外两个开口槽33未贯通该质量块的内外侧壁；如图14a至图14c所示的第五 实施例中，质量块3的开口槽33开设有两个，两个开口槽33均贯通该质量块3 的内外侧壁，该质量块3的外环面32上还开设有一定锥度的外锥面34；如图14a 至图15c所示的第六实施例中，质量块3的开口槽33开设有两个，两个开口槽 33均贯通该质量块3的内外侧壁。

如图16a至图17c所示，为所述抱紧套环4的两种实施例示意图，该抱紧套 环4具有内环面41及外环面42，抱紧套环4的内环面41与质量块3的外环面 32过盈配合在一起，图16a至图16c所示的实施例中，该抱紧套环4的内环面 41未设置内锥面43，而图17a至图17c的实施例中，抱紧套环4的内环面41设 置有内锥面43。

质量块3的外锥面34与抱紧套环4的内锥面43在质量块3与抱紧套环4装 配时可起到导向的作用，因此，在实施时，可在质量块3的外环面32上开设有 一定锥度的外锥面34或在抱紧套环4的内环面41上开设有一定锥度的内锥面43。当质量块3外环面上开设有一定锥度的外锥面34时，则抱紧套环4非必须 开设一定锥度的内锥面43；当抱紧套环4内环面41开设有一定锥度的内锥面43 时，则质量块3的外环面32上非必须开设有一定锥度的外锥面34。当然，二者 亦可同时开设带锥度的锥面，方便质量块3与抱紧套环4装配。

本发明中涉及支架1、压电元件2、质量块3、抱紧套环4，不限于特定的压 电式加速度传感器，类似组成、尺寸、形状及结构均属于本发明保护范畴。本发 明不限于具体实施例的实施步骤，说明书附图仅为示意图，凡结构组成满足装配 需求，或根据实施例进行适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。