[發(fā)明專利]一種可消除橫向應(yīng)變影響的傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210082886.X
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN103363889A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱海賓
• 申請（專利權(quán)）人: 朱海賓
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種可消除橫向應(yīng)變影響的傳感器，屬于傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電材料既能作為傳感元件，又能作為激勵元件，具有壓電常數(shù)大，靈敏度高；制備容易，響應(yīng)頻率高、成本低廉、受環(huán)境溫度濕度等條件影響小等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)大量應(yīng)用于實(shí)際工程。

實(shí)際工程中常用的壓電傳感器通常分為1-3型壓電傳感器和3-3型壓電傳感器。其區(qū)別在于：1-3型壓電傳感器在粘貼使用時，其極化方向垂直于目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面，當(dāng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變發(fā)生變化時，壓電傳感器通過1-3方向的壓電效應(yīng)，在電極積累電荷，起到傳感作用；而1-3型壓電傳感器在粘貼使用時，其極化方向平行于目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面，當(dāng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變發(fā)生變化時，壓電傳感器通過3-3方向的壓電效應(yīng)，在電極積累電荷，起到傳感作用。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，常常需要對目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面的特定方向的應(yīng)變變化進(jìn)行監(jiān)測。而傳統(tǒng)壓電傳感器的上述特性使得其輸出電荷中既包含了目標(biāo)方向的應(yīng)變變化產(chǎn)生的電荷分量，又包含了橫向應(yīng)變變化產(chǎn)生的電荷分量。

這就要求有一種新型的壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器，能夠僅對目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面特定方向的應(yīng)變變化進(jìn)行傳感，在電極積累電荷，而對橫向的應(yīng)變變化不敏感。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種可以有效消除目標(biāo)結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)變變化影響從而僅對特定方向應(yīng)變變化敏感并起到傳感作用的壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器。該傳感器的輸出電荷信號消除了橫向應(yīng)變的影響，僅反應(yīng)結(jié)構(gòu)表面特定方向的應(yīng)變變化情況。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明可消除橫向應(yīng)變影響的壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器，其特征在于該傳感器由并排放置的1-3型壓電應(yīng)變傳感器和3-3型壓電應(yīng)變傳感器組成，1-3型壓電應(yīng)變傳感器的電極面上下放置，3-3型壓電應(yīng)變傳感器的電極面橫向放置，1-3型壓電應(yīng)變傳感器電極的正極與3-3型壓電應(yīng)變傳感器電極的正極連接構(gòu)成所述壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器的正輸出端，1-3型壓電應(yīng)變傳感器電極的負(fù)極與3-3型壓電應(yīng)變傳感器電極的負(fù)極連接構(gòu)成所述壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器的負(fù)輸出端，所述壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器由柔性薄膜封裝，所述1-3型壓電應(yīng)變傳感器和3-3型壓電應(yīng)變傳感器的電極面積滿足以下條件：

條件a)：

S_Pa/S_Pb＝-(d₃₁+μ_pd₃₃)/(d₃₁+μ_pd₃₁)，

或條件b)：

S_Pa/S_Pb＝-(d₃₃+μ_pd₃₁)/(d₃₁+μ_pd₃₁)，

其中，S_pa為1-3型壓電傳感器電極面積，S_pa為3-3型壓電傳感器電極面積，μ_p為壓電材料泊松比，d₃₁為1-3型壓電傳感器的應(yīng)變壓電常數(shù)，d₃₃為3-3型壓電應(yīng)變傳感器的應(yīng)變壓電常數(shù)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)提供了一種可消除橫向應(yīng)變影響的壓電動態(tài)應(yīng)變傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，并提供了有確切公式表達(dá)的消除橫向應(yīng)變影響的條件；(2)當(dāng)工程實(shí)際結(jié)構(gòu)中需要監(jiān)測變化較快的單方向的應(yīng)變變化情況時，電阻應(yīng)變片由于高頻響應(yīng)能力不足而無法實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的壓電應(yīng)變傳感器則由于難以消除橫向應(yīng)變的影響也同樣無法實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明很好地解決了這一工程實(shí)際需要；(3)本發(fā)明成本低廉，僅需一對特定尺寸的1-3型和3-3型壓電傳感器即可實(shí)現(xiàn)；(4)操作簡便，僅需將1-3型壓電傳感器和3-3型壓電傳感器的正負(fù)極分別連接即可作為總體輸出；(5)以上優(yōu)點(diǎn)非常適合實(shí)際工程，尤其是對高速變化的結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變變化進(jìn)行在線監(jiān)測的場合的應(yīng)用。

附圖說明

圖1是壓電應(yīng)變傳感器的粘貼與工作原理示意圖，其中(a)為1-3型壓電應(yīng)變傳感器，(b)為3-3型壓電應(yīng)變傳感器，圖中標(biāo)記說明如下：x-y平面為結(jié)構(gòu)表面所在平面，z方向?yàn)槠矫娣ㄏ颍?sub>x，ε_y為結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變沿x、y方向的兩正交分量，灰色面為壓電應(yīng)變傳感器的電極。