传感器密封联接装置设计

李亚辉

(湖南交通工程学院机电工程学院，湖南 衡阳 421000)

1 背景技术

传感器的联接头是传感器的重要组成部分，联接头的结构和连接形式直接影响传感器的谐振频率，继而影响传感器的响应特性和测量精度。传感器的重量越轻，联接头的影响越显著，该影响在高频信号测量中尤为显著[1]。目前，市售L5(M5)母头有两种：一种适合在仪器壳体上安装，采用垫片夹固方式连接在仪器壳体上，使用时将信号线焊接在插芯尾部，一般接线端较长，不适宜在外形尺寸较小的传感器上安装；另一种可直接连接同轴电缆，这种母头设计有电缆夹固结构，整体尺寸较大，无法将其与机加工件可靠连接，不适宜用于传感器信号输出端的连接。

2 主要元件设计

本设计的联接头包括3个零件，分别是螺纹联接件、绝缘套、插芯。

螺纹联接件，用于连接传感器和输出信号电缆接头，并固定绝缘套。外表面有两段螺纹，后端螺纹与传感器连接螺纹为同一规格，前端螺纹与低噪声电缆的联接头连接螺纹为同一规格。两段螺纹中间有凸台，凸台截面为圆形或多边形，其内表面分为两部分，前端内径尺寸略大于绝缘套外径尺寸，与绝缘套过渡配合，后端为锥孔，内径尺寸小于绝缘套外径尺寸，与绝缘套过盈配合。

绝缘套，由绝缘材料制成的圆筒状零件，其使用温度高于传感器使用温度，用于固定插芯和信号线，并隔离输出信号[2]。

插芯，主要作用是固定信号线并引出传感器信号，要求其具有良好的导电性能，因此通常采用铜材料加工，并镀金处理。单端封闭，封闭端有若干锥台或凸台，带内孔，开孔端有开口槽，其外径略大于绝缘套内径，其内径略大于传感器所选用的电缆联接头插针外径。

3 具体实施方式

联接头装配如图1所示。螺纹联接件1用于连接传感器和输出信号电缆接头，并固定绝缘套，其结构如图2所示，前端螺纹由传感器配用电缆接头螺纹决定，后端螺纹8由传感器穿线孔连接螺纹决定。一般压电传感器配用带有L5(或M5)公头的电缆，因此其前端螺纹6一般为L5(或M5)螺纹。

图1 联接头装配

图2 螺纹联接件

联接头与传感器连接时，需要施加预紧力，因此在螺纹联接件前后两段螺纹之间设计有凸台7，凸台7横截面为圆形或多边形。联接头中心孔后端有0.2～1mm锥孔，其前端螺纹顶端有1～2mm倒角5。这两处设计用于固定绝缘套，保证绝缘套在联接头反复使用时不会脱出。绝缘套2外表面与螺纹联接件内表面锥面部分过盈配合，与非锥面部分过渡配合。装配时将绝缘套压入螺纹联接件，并使螺纹联接件前端倒角5产生一定变形量，以固定绝缘套前后端面。装入绝缘套并紧固后的联接头如图3所示。

图3 联接头

插芯3结构如图4所示，后端封闭，前端钻中心孔10。开孔端有开口槽11，以保证内孔与电缆联接头插针可靠连接。封闭端9有若干锥台或凸台，以便于插芯安装。使用时其封闭端9外表面与信号线紧密接触，引出信号。插芯外表面小于绝缘套2内孔，与绝缘套2过盈配合。前端中心孔10内径略大于传感器所选用的电缆联接头插针外径，与插针外表面过渡配合。

图4 插芯

联接头在压电加速度传感器12上应用时，装配方法如图5所示。将信号线4穿入图3所示部件内孔后，将联接头13紧固在传感器上，施加压力将插芯3挤入绝缘套内孔，固定信号线。图6为工作状态下的传感器联接头，与带有市售L5(M5)公头的电缆配接，实现传感器信号的可靠传输。

图5 装配方法

图6 工作状态

4 振动平台测试

采用正弦振动，800Hz定频试验,模拟相同环境条件，输入信号1000mV，在振动平台进行信号稳定性测试，测试试验数据如图7所示，输出信号1为本设计输出值，输出信号2为市售联接件输出值。

图7 平台测试

5 结 语

试验表明，输出信号2输出值呈线性递增,这说明在长时间的振动条件下,普通传感器联接头开始松动,结构不稳定,外部影响因素增加,从而导致信号失真。而输出信号1输出值稳定,基本不漂移，结构紧凑，刚性好，并能起到密封作用。考虑到成本因素，采用简单加工和装配工艺，可与传感器可靠地连接，设计取得了较为满意的效果，易于实际应用。