[發明專利]一種用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件

有效

• 申請號: 201410135817.X
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN104180751B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 卿新林;蔡建;孫虎
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬,韓國勝

技術領域

本發明涉及用于結構健康監測技術領域，尤其涉及一種用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件。

背景技術

目前，針對航空結構的結構健康監測研究變得日益重要。結構健康監測技術由傳統無損檢測技術發展而來，該技術利用集成在結構中的傳感/驅動元件網絡可對結構狀態進行實時在線檢測，可有效提高航空結構安全性、降低維護費用和延長服役周期。

壓電陶瓷片（壓電片）為一種常見的壓電元件，具有尺寸小，重量輕和價格便宜的優點。而且，它基于正逆壓電效應，可分別用作傳感器和激勵，所以在結構健康監測領域得到廣泛的應用。

國內外研究者已把壓電片用于主動Lamb波監測和被動撞擊監測中。歐洲Airbus公司研制出了一套基于壓電片的結構疲勞裂紋監測系統，并在A340-600上進行了測試，效果明顯，2003年獲得了英國國家測試技術大獎。為了便于安裝，美國Acellent公司提出了智能夾層的壓電片封裝方式。

然而，在實際工程應用中，由于壓電陶瓷的固有特性，壓電片較脆，特別是其抗拉強度小，嚴重降低了它的高應變承受能力。目前，常通過優化壓電陶瓷材料的成分來提高其機械性能，但是該種方式仍無法從根本上有效改善壓電陶瓷易碎的特性，限制了壓電陶瓷傳感元件在高應變場合下的應用。

發明內容

本發明的目的在于提出一種用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件，通過改進壓電陶瓷傳感元件的結構，使其適用于高應變監測場合。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件，包括：相互獨立且由不同材料制成的壓電傳感單元和中心填充單元，所述壓電傳感單元固定連接在中心填充單元的外部。

其中，所述壓電傳感單元和中心填充單元的上表面和下表面分別平齊。

其中，所述壓電傳感單元和中心填充單元的厚度范圍為0.1mm～20mm。

其中，還包括連接在壓電傳感單元和中心填充單元下面的基體，所述基體由絕緣材料制成。

其中，所述壓電傳感單元在燒制過程中預加有壓應力，用于增加壓電傳感單元的抗拉強度。

其中，所述壓電傳感單元固化連接于中心填充單元的外部。

其中，所述壓電傳感單元為環形結構，所述中心填充單元為圓柱形結構。

其中，所述壓電傳感單元的外徑為6mm，內徑為4.5mm。

其中，所述壓電傳感單元由壓電陶瓷制成。

其中，所述中心填充單元的抗拉/壓強度≥200Mpa。

本發明的有益效果是：所述高抗拉/壓強度的中心填充單元、預制壓應力的壓電傳感單元和彈性模量較小的基體，可分別承受分布于壓電傳感元件中間的最高應變、抵消和部分衰減被測結構傳遞過來的大應變，從而有效提高了壓電陶瓷傳感元件的高應變承受能力，使其適用于高應變監測場合。而且，與改進壓電陶瓷成分的優化方式不同，本發明只通過優化壓電陶瓷傳感元件結構來提高其高應變承受能力，其環形壓電傳感單元采用普通的壓電陶瓷，就可達到比現有技術更好的抗壓和抗拉強度，便于選材，降低成本。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式1提供的用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件的結構示意圖；

圖2是本發明具體實施方式1提供的用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件的試驗仿真模型示意圖。

圖中：

1、壓電傳感單元；2、中心填充單元；3、基體；4、鋁板。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

如圖1所示，一種用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件，包括：相互獨立且由不同材料制成的壓電傳感單元1和中心填充單元2，所述壓電傳感單元1固定連接在中心填充單元2的外部。具體的，所述壓電傳感單元1固化連接于中心填充單元2的外部。

所述用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件還包括連接在壓電傳感單元1和中心填充單元2下面的基體3，所述基體3由絕緣材料制成，優選具有彈性模量較小的聚合物構成，用于部分衰減被測結構傳遞過來的大應變，從而可以有效提高該用于高應變場合的壓電陶瓷傳感元件的大應變承受能力。

具體的，所述壓電傳感單元1和中心填充單元2的上表面和下表面分別平齊。所述基體3的外緣與壓電傳感器的外部平齊。