[發(fā)明專利]一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器及其標(biāo)定方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810172322.2 | 申請日： | 2018-03-01 |
| 公開（公告）號： | CN108362420A | 公開（公告）日： | 2018-08-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 林鵬 | 申請（專利權(quán)）人： | 西京學(xué)院 |
| 主分類號： | G01L5/00 | 分類號： | G01L5/00;G01L5/14;G01L25/00 |
| 代理公司： | 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215 | 代理人： | 何會俠 |
| 地址： | 710123 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 石英晶片 壓電傳感器 聚酰亞胺絕緣膜 石英壓電傳感器 測量組件 負(fù)極面 絕緣膜 組合式 標(biāo)定 串聯(lián)負(fù)載電阻 傳感器測量 傳感器動態(tài) 絕緣性能好 抗干擾性能 壓電靈敏度 銅箔引線 壓電系數(shù) 壓電信號 制作工藝 沖擊波 布設(shè) 測量靶 示波器 正極面 傳感器 下層 緊貼 上層 | ||
一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器及其標(biāo)定方法，傳感器包括上層聚酰亞胺絕緣膜和下層聚酰亞胺絕緣膜之間設(shè)置有石英晶片，石英晶片的上下面布設(shè)銅箔引線；將石英晶片的負(fù)極面和正極面之間串聯(lián)負(fù)載電阻R和示波器，得到壓電傳感器測量組件；將壓電傳感器測量組件中的石英晶片的負(fù)極面緊貼于靶，靶采用鋁的表面，用于測量靶表面上的沖擊波應(yīng)力σ(t)隨時(shí)間的變化；由傳感器測量的壓電信號進(jìn)行積分，最后得到每一炮實(shí)驗(yàn)的傳感器動態(tài)壓電靈敏度系數(shù)；取多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行平均，得到壓電傳感器的動態(tài)壓電系數(shù)；本發(fā)明具有、抗干擾性能強(qiáng)、絕緣性能好、使用方便、制作工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及壓電傳感器，特別涉及一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器及其標(biāo)定方法。
背景技術(shù)
石英晶體因?yàn)閺?qiáng)度高、壓電特性的溫度穩(wěn)定性好，常用于各種沖擊應(yīng)力波剖面的測量。這種應(yīng)力傳感器也叫Sandia石英應(yīng)力傳感器，通常采用具有一定直徑d-厚度l比(d/l≥5)的x切割石英圓板制成[J.Appl.Phys.36(5),1775-1783(1965)，爆炸與沖擊，5(4)，61-66(1984)]，以保證晶片處于一維應(yīng)變狀態(tài)。傳感器結(jié)構(gòu)只能采用正向設(shè)置(即沖擊波從負(fù)極面向正極面?zhèn)鞑?，當(dāng)應(yīng)力波從負(fù)極面進(jìn)入石英晶體，在到達(dá)正極面之前，傳感器輸出的壓電電流正比于試樣-傳感器負(fù)極面上的壓力。當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)正極面時(shí)，輸出信號翻轉(zhuǎn)，因此，這種工作方式的傳感器的有效測量時(shí)間小于或等于應(yīng)力波通過傳感器敏感元件的時(shí)間，與傳感器的厚度密切相關(guān)。當(dāng)沖擊應(yīng)力波脈沖上升時(shí)間大于傳感器測量有效時(shí)間時(shí)，傳感器不能完成應(yīng)力波峰值的測量。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器及其標(biāo)定方法，能夠采用壓電信號的積分來獲取應(yīng)力波波形，從而使得測量有效時(shí)間不受傳感器厚度的限制；可以根據(jù)需要調(diào)整，當(dāng)信號弱時(shí)，采用面積大的石英晶片，從而使得傳感器測量信噪比變大，具有封裝工藝簡單、方便、成本低的特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器，包括下層聚酰亞胺絕緣膜1和上層聚酰亞胺絕緣膜2，下層聚酰亞胺絕緣膜1和上層聚酰亞胺絕緣膜的2之間設(shè)置有石英晶片3，石英晶片3的上下面布設(shè)銅箔引線4；下層聚酰亞胺絕緣膜1和上層聚酰亞胺絕緣膜2之間注入環(huán)氧樹脂5粘結(jié)壓實(shí)封裝。
所述的石英晶片3的上下分別表面設(shè)置有先蒸汽沉積鉻，再真空鍍銀的鍍層7。
所述的鍍層7的厚度不大于3μm。
所述的石英晶片3的厚度為0.2mm，直徑20mm。
一種絕緣膜組合式石英壓電傳感器的標(biāo)定方法，其步驟為：
步驟一：將石英晶片3的負(fù)極面和正極面之間串聯(lián)負(fù)載電阻R和示波器，得到壓電傳感器測量組件；
步驟二：將步驟一中得到的壓電傳感器測量組件中的石英晶片3的負(fù)極面緊貼于靶8的表面，用于測量靶8表面上的沖擊波應(yīng)力σ(t)隨時(shí)間的變化；當(dāng)沖擊波應(yīng)力σ(t)作用在石英晶片3電極時(shí)，由于壓電效應(yīng)，在測量電路中產(chǎn)生壓電電流i(t)，壓電電荷Q由下式
計(jì)算
式中U(t)為負(fù)載電阻R上的壓電電壓信號；平面一維應(yīng)變狀態(tài)下的石英晶片3的壓電方程為：
Q＝AKσ (2)
式中，A為電極面積，K為晶片壓電系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定給出，由(1)和(2)可得
通過測量壓電電壓信號，并對信號積分即可得到通過石英晶片3的沖擊波波形；
靶8的正前方設(shè)置有彈射裝置，所述的彈射裝置包括飛行軌道9，飛行軌道9的一端設(shè)置有彈托10，彈托10上粘有飛片11，飛行軌道9的另一端連接激光測速器12。
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