CN105334265A - 一种用于高压油介质中的声发射传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于高压油介质中的声发射传感器，其壳体两侧开口分别设置端盖和接线柱，与壳体相连的端盖一侧设置为空心圆柱凸台结构，空心圆柱凸台结构与壳体之间通过第一密封圈进行密封，而压电陶瓷晶片位于空心圆柱凸台结构的压电陶瓷晶片安装腔内；接线柱由导电芯和绝缘套组成，导电芯密封设置于绝缘套中心，导电芯一端通过信号传输线与压电陶瓷晶片相连接，另一端位于壳体外部，绝缘套与壳体之间通过第二密封圈进行密封。本发明的声发射传感器具备了承受最高100MPa高围压的能力，完全满足了常规三轴或真三轴试验过程中岩石破坏的声发射信号的监测，且能够在岩石试样的柔性加载面上进行自由布置，有效保证了声发射信号的真实性和完整性。

Description

一种用于高压油介质中的声发射传感器
技术领域
本发明属于声发射测试技术领域，特别是涉及一种用于高压油介质中的声发射传感器，适用于最高100MPa高围压条件下的常规三轴或真三轴试验过程中声发射信号的监测。
背景技术
目前，在岩石力学实验领域，声发射测试作为一种有效的无损检测方法，能够有效探测岩石内部裂纹萌生及扩展，可以对岩石破坏行为进行连续动态监测。通过对岩石破坏过程的声发射测试和定位，可以了解岩石内部的结构变化，实时跟踪岩石内部应力和能量的演化过程，进而可以对岩石破裂的演化特征作出分析和评价，从而掌握岩石的损伤-破坏的演化规律，最终实现岩石破坏的预警。同时，岩石破坏过程中的声发射行为对岩石工程的现场设计和施工也具有重要的指导意义。
在岩石单轴试验中，用于声发射检测的普通声发射传感器布置简便，其无需高压液压环境，其仅承受大气压。然而，在常规三轴或真三轴试验中，由于岩石试样多处于高围压条件下的压力室内，且普通声发射传感器的耐压性又极差，所以导致普通声发射传感器无法直接在高压液压环境中使用，而对声发射传感器进行保护、密封及信号屏蔽又都比较困难，这在一定程度上阻碍了声发射传感器在常规三轴及真三轴试验中的应用。
针对高压液压环境下的常规三轴或真三轴试验，为了通过声发射测试方式来研究岩石损伤演化过程，通常的解决方案如下：
①将声发射传感器直接布置在压力室的外面，但是会使声发射信号出现较大衰减性，且声发射信号的真实性和完整性也很难得到保证，同时对声发射的定位也会有较大影响；
②将声发射传感器布置在岩石试样刚性加载面的压头内部，但是受到压头和试样尺寸的影响，声发射传感器的布置数量和位置都会受到严重影响，并不利于岩石破坏过程中声发射定位的研究，且压头加载对岩石的声发射信号还存在着一定的干扰性。
基于岩石的破坏特性，为了能够准确捕捉到声发射信号源，声发射传感器的理想布置位置应该在岩石试样的柔性加载面上，即岩石试样承受液压加载的表面，这样不但可以实现声发射传感器的自由布置，又可以保证声发射信号的真实性和完整性。
然而考虑到普通声发射传感器的耐压性差以及所处的高压液压环境，想要将普通声发射传感器布置在岩石的柔性加载面上，必须要对普通声发射传感器进行封装处理，以解决普通声发射传感器的自身密封性和耐压性，以及解决普通声发射传感器与岩石试样的整体密封性，但是，现有的封装技术仍存在如下问题：
①封装普通声发射传感器的保护壳在高围压条件下极易发生较大变形，从而造成普通声发射传感器的损坏；
②对普通声发射传感器的信号传输线的密封难度非常大，在高围压条件下，信号传输线的密封处极易漏油，从而使普通声发射传感器暴露在高压油中而损坏；
③完成封装的普通声发射传感器的尺寸较大，会严重影响小尺寸岩石试样的声发射信号的监测。
因此，为了能够准确捕捉到常规三轴或真三轴试验过程中岩石破坏的声发射信号，亟需设计一种全新的的声发射传感器，其要能够承受最高100MPa的高围压。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于高压油介质中的声发射传感器，能够承受最高100MPa的高围压，满足常规三轴或真三轴试验过程中岩石破坏的声发射信号的监测，能够在岩石试样的柔性加载面上进行自由布置，有效保证声发射信号的真实性和完整性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于高压油介质中的声发射传感器，包括壳体、端盖、接线柱及压电陶瓷晶片，所述壳体为两端开口的圆柱筒形结构，所述端盖密封安装在壳体的一侧开口，所述接线柱密封安装在壳体的另一侧开口，所述压电陶瓷晶片位于壳体内部，压电陶瓷晶片与接线柱之间通过信号传输线相连接。
与所述壳体密封连接的端盖一侧设置为空心圆柱凸台结构，与空心圆柱凸台结构相接触的壳体内筒壁上开设有第一环形凹槽，在第一环形凹槽内设置有第一密封圈，所述壳体与端盖之间通过第一密封圈进行密封。
所述端盖的空心圆柱凸台结构内腔设置为压电陶瓷晶片安装腔，所述压电陶瓷晶片位于压电陶瓷晶片安装腔内。
所述接线柱由导电芯和绝缘套组成，所述导电芯密封设置于绝缘套中心，导电芯一端通过信号传输线与压电陶瓷晶片相连接，导电芯另一端位于壳体外部。
与所述壳体内筒壁相接触的绝缘套上开设有第二环形凹槽，在第二环形凹槽内设置有第二密封圈，所述壳体与绝缘套之间通过第二密封圈进行密封。
所述绝缘套采用高强树脂材料制成。
所述壳体采用不锈钢材料制成。
本发明的有益效果：
本发明的声发射传感器具备了承受最高100MPa高围压的能力，完全满足了常规三轴或真三轴试验过程中岩石破坏的声发射信号的监测，且能够在岩石试样的柔性加载面上进行自由布置，有效保证了声发射信号的真实性和完整性。
附图说明
图1为本发明的一种用于高压油介质中的声发射传感器结构示意图；
图2为本发明的壳体结构示意图；
图3为本发明的端盖结构示意图；
图4为本发明的接线柱结构示意图；
图中，1—壳体，2—端盖，3—接线柱，4—压电陶瓷晶片，5—信号传输线，6—第一环形凹槽，7—第一密封圈，8—压电陶瓷晶片安装腔，9—导电芯，10—绝缘套，11—第二环形凹槽，12—第二密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2、3、4所示，一种用于高压油介质中的声发射传感器，包括壳体1、端盖2、接线柱3及压电陶瓷晶片4，所述壳体1为两端开口的圆柱筒形结构，所述端盖2密封安装在壳体1的一侧开口，所述接线柱3密封安装在壳体1的另一侧开口，所述压电陶瓷晶片4位于壳体1内部，压电陶瓷晶片4与接线柱3之间通过信号传输线5相连接。
与所述壳体1密封连接的端盖2一侧设置为空心圆柱凸台结构，与空心圆柱凸台结构相接触的壳体1内筒壁上开设有第一环形凹槽6，在第一环形凹槽6内设置有第一密封圈7，所述壳体1与端盖2之间通过第一密封圈7进行密封，保证了壳体1与端盖2之间的密封性，通过壳体1保证了声发射传感器整体的耐压性。
所述端盖2的空心圆柱凸台结构内腔设置为压电陶瓷晶片安装腔8，所述压电陶瓷晶片4位于压电陶瓷晶片安装腔8内，通过压电陶瓷晶片安装腔8对压电陶瓷晶片4提供了进一步保护，通过端盖2的空心圆柱凸台结构与壳体1共同配合，进一步增大了声发射传感器整体的耐压性。
所述接线柱3由导电芯9和绝缘套10组成，所述导电芯9密封设置于绝缘套10中心，导电芯9一端通过信号传输线5与压电陶瓷晶片4相连接，导电芯9另一端位于壳体1外部，通过接线柱3的设置解决了信号传输线5难以密封的难题，又保证了声发射信号的正常传递。
与所述壳体1内筒壁相接触的绝缘套10上开设有第二环形凹槽11，在第二环形凹槽11内设置有第二密封圈12，所述壳体1与绝缘套10之间通过第二密封圈12进行密封，保证了壳体1与绝缘套10之间的密封性。
所述绝缘套10采用高强树脂材料制成。
所述壳体1采用不锈钢材料制成。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：包括壳体、端盖、接线柱及压电陶瓷晶片，所述壳体为两端开口的圆柱筒形结构，所述端盖密封安装在壳体的一侧开口，所述接线柱密封安装在壳体的另一侧开口，所述压电陶瓷晶片位于壳体内部，压电陶瓷晶片与接线柱之间通过信号传输线相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：与所述壳体密封连接的端盖一侧设置为空心圆柱凸台结构，与空心圆柱凸台结构相接触的壳体内筒壁上开设有第一环形凹槽，在第一环形凹槽内设置有第一密封圈，所述壳体与端盖之间通过第一密封圈进行密封。
3.根据权利要求2所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：所述端盖的空心圆柱凸台结构内腔设置为压电陶瓷晶片安装腔，所述压电陶瓷晶片位于压电陶瓷晶片安装腔内。
4.根据权利要求1所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：所述接线柱由导电芯和绝缘套组成，所述导电芯密封设置于绝缘套中心，导电芯一端通过信号传输线与压电陶瓷晶片相连接，导电芯另一端位于壳体外部。
5.根据权利要求4所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：与所述壳体内筒壁相接触的绝缘套上开设有第二环形凹槽，在第二环形凹槽内设置有第二密封圈，所述壳体与绝缘套之间通过第二密封圈进行密封。
6.根据权利要求4所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：所述绝缘套采用高强树脂材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种用于高压油介质中的声发射传感器，其特征在于：所述壳体采用不锈钢材料制成。
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