CN105527013B - 一种用于混凝土结构健康监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用 - Google Patents
一种用于混凝土结构健康监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用，包括压电元件、钨块、基座、电荷适调器、封装层和屏蔽层等。通过封装层添加钨粉、铁粉、屏蔽层，有效解决由于材料本身性能缺陷造成信号干扰严重的问题；采用圆环型1‑3‑2型水泥/聚合物基压电复合材料，结构简单，布阵方便，与基体耦合性好，对传感器灵敏度变化影响较小，有效提高了传感器低频响应特点，同时具有结构密实度好，绝缘、防水和耐腐蚀性能优良，重复性好，连接使用简单等优点，消除了导线过长造成的信号衰减严重问题，通过植入的方式对土木工程结构进行振动监测/检测具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于压电传感技术领域，涉及一种内置电荷适调器的植入式压电加速度传感器，为单向拾振器，具体涉及一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器及其制备方法和应用。
背景技术
混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料，伴随着混凝土材料在土木工程领域的大规模使用，它所暴露的种种问题也日益出现。大型土木工程结构的使用期往往长达几十年甚至数百年，其在环境变化、外部荷载以及施工等不利因素的作用下，不可避免的产生损伤累积和抗力衰减破坏，甚至引发灾难性的突发事故。因此，采用智能传感器系统对土木工程结构进行健康监测/检测显得尤为重要。
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子器件，具有测量精度高、工作频率范围宽、可以将极微弱的振动信号转换为电信号等优点，被广泛应用于振动损伤识别分析。利用其对混凝土结构进行健康监测/检测，及时发现结构损伤，采取防治措施，对保障人民生命财产安全具有重大意义。目前，传统的混凝土结构健康监测/检测技术多是自外而内的，采用金属外壳封装的压电式加速度传感器，若作为外贴式，传感器使用过程中受外部环境影响，易与混凝土结构产生松动，影响测量精度，甚至发生脱落现象，致使其不能反映混凝土结构真实受振状况；若作为植入式，传感器与混凝土材料耦合性差，在混凝土碱性环境中长期使用易受腐蚀，影响其防水性及耐久性。
发明内容
本发明针对现有加速度传感器存在的上述不足，提出了一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器，该传感器测量精度高、低频响应好、植入混凝土结构中与混凝土材料耦合性能好，绝缘、防水和耐腐蚀性能优良，非常适合于一些大型混凝土结构的健康监测/检测。同时通过在封装层中添加金属粉末、镀屏蔽层的方式有效解决了由于材料本身性能缺陷造成信号干扰严重的问题，确保混凝土结构振动监测/检测的准确性，具有很好的应用价值。
本发明还提供了该植入式压电加速度传感器的制备方法，通过该方法制备的压电式加速度传感器重复性好，连接使用简单，并且消除了导线过长造成信号衰减严重的问题。
同时，本发明还提供了该植入式压电加速度传感器在混凝土结构振动监测/检测中的应用，该传感器测量精度高、工作频率范围宽、与混凝土相容性好，使用寿命长，植入混凝土结构中能够准确获取结构的动力学特性。
为了实现上述发明目的，本发明具体技术方案如下：
一种用于混凝土监测/检测的植入式压电加速度传感器，其特征是：包括压电元件、钨块、基座、电荷适调器、封装层外壳和屏蔽层；所述的封装层外壳包括封装层A和封装层B两部分；所述的屏蔽层采用化学镀法镀于封装层A的内表面；
所述的基座上覆盖封装层A，基座与封装层A形成内部中空结构，压电元件和钨块位于形成的中空结构中；基座上表面有化学镀镍法制备的镍电极；基座正中固定有一体浇注的螺杆；
所述的压电元件和钨块均为圆环形，依次套设于螺杆上，并用螺母固定，压电元件和钨块轴向方向一致；
所述的压电元件的上下表面设有电极，上表面为正极，下表面为负极，钨块和压电元件之间设有导电片，导电片上连接有正极导线，基座上表面的镍电极上连接有负极导线，正、负极导线与电荷适调器正负极相连接；
所述的电荷适调器外表面覆有封装层B，并与基座及基座上覆盖的封装层A浇注为一体；所述的负极导线上引出一条屏蔽线接于封装层A内表面的屏蔽层上；所述的电荷适调器连接有BNC外接接头。
所述的压电元件尺寸为：厚度2～4mm、外径14～16mm、内径5.0～5.4mm；压电元件材料为压电陶瓷或1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料，优选1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料。
所述的1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料，以质量比为4:4:1的聚合物、水泥和固化剂的混合物为基体，以压电陶瓷为功能体；所述的压电陶瓷为锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁锆钛酸铅压电陶瓷，所述聚合物为环氧树脂或酚醛树脂，所述的水泥为普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥或其它特殊性能水泥。基体材料优选为普通硅酸盐水泥、A-B型灌浆树脂及其配套固化剂。本发明将1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料作为加速度传感器的传感元件，其结构简单，布阵方便，在对传感器灵敏度变化影响较小的情况下，能有效提高传感器低频响应特点。并且在保证钨块与压电元件之间表面粗糙度的同时，又确保了压电元件与基座、封装层之间良好的耦合性能，使得压电元件、传感器、混凝土结构成为一个整体。
所述1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料的制备过程为：将圆环型压电陶瓷沿与压电陶瓷极化轴相平行的的方向分别进行横向与纵向切割，依次切割出一系列均匀排列的网格状压电陶瓷柱，切割缝隙0.5mm，底座厚度1mm；然后将灌浆树脂、水泥和固化剂的混合物充分搅拌均匀后浇注于切割出的压电陶瓷柱的切割缝隙中，并进行抽真空处理；浇注结束后，置于恒温养护箱中待其完全固化后，按尺寸切割；超声清洗，干燥后对上表面进行被银处理，即可。
所述的钨块尺寸为：厚度4～6mm，外径14～16mm，内径5.0～5.4mm。钨块因其比重大，振动过程中对压电元件施加的惯性质量大，有利于传感器灵敏度的提高，本发明选用的压电元件配合上述尺寸的圆环型钨块时，传感器灵敏度能充分达到实际使用要求。压电元件与钨块要紧密接触，消除钨块与压电元件之间及压电元件本身之间因加工粗糙造成的接触不良而引起的非线性误差。
所述的基座，厚度为4～6mm，原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂和氧化铝粉，各成分质量比为4：2：0.5：1.0～2。本发明选择的基座材料综合考虑了强度、电绝缘性能、防水性能、固化前的流动性、弹性模量、振动下的力传递性能等因素。已有文献表明，传感器固有频率随基座的厚度增加而减小，随基座弹性模量的增加而增加。用于混凝土结构健康监测/检测的传感器，在能满足工程要求的情况下，结构部件要求尽量薄，并选用弹性模量高的材料，本发明通过加入氧化铝粉末，可有效增大基座的弹性模量，以达到使用要求。
所述的螺杆为M5螺杆，直径为4.83～4.98mm，所述的螺母选用与螺杆相配套的轻质六角螺母。螺杆与基座一体浇注，螺杆主要为了确保压电元件和钨块在振动过程中振动方向统一，降低横向灵敏度比；螺母主要为了消除钨块与压电元件之间及压电元件本身之间因加工粗糙造成的接触不良而引起的非线性误差，并且保证传感器在交变力的作用下正常工作，装配时应对压电元件施加预压缩载荷。
所述的封装层外壳厚度为2～2.5mm，优选厚度2mm；封装层A原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂、钨粉、铁粉和水，各成分的质量比为4:4:1:4:4:0.2～0.25，封装层B原料为水泥、环氧树脂和固化剂，各成分的质量比为4:4:1。封装层外壳起到屏蔽隔离、保护压电元件和防水的作用，使压电元件不受外界干扰。封装层材料因本身材料的性能限制，使得制备的传感器受外部环境电磁干扰和工频干扰严重，为了消除干扰，本发明在封装层A的材料中加入钨粉和铁粉的混合粉末，并且通过镀屏蔽层和外引屏蔽线的方式成功消除干扰。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥或特殊性能水泥，优选硫铝酸盐水泥、硫铝酸钡钙水泥或铁铝酸盐水泥，特殊性能水泥可以使封装材料具有水泥的特殊性能，使其强度、防水耐腐蚀性能得到很大提高。
所述的环氧树脂优选AB-灌浆树脂，固化剂选用与环氧树脂相配套固化剂，可以使封装层外壳具有很好的密实度、强度和防水性能。
所述的钨粉和铁粉，优选粒径均为200目，添加的钨粉和铁粉通过与环氧树脂、水泥混合后均匀分布于封装层A中，可增加封装层A的密实度，电磁波在传播过程中遇到钨粉、铁粉等金属障碍物，受到障碍物的反射、吸收，能量能够大幅度衰减，从而起到屏蔽电磁干扰作用，增大了传感器的测量精度。
所述的屏蔽层，材料为铜系、银系和镍系屏蔽材料中的一种或几种混合；优选镍系屏蔽材料，通过化学镀镍法镀于封装层A的内表面上。
上述用于混凝土监测/检测的植入式压电式加速度传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）浇注法制基座和压制成型法制封装层A，备用；浇注基座：原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂和氧化铝粉，各成分质量比为4:2:0.5:1.0～2，浇注之前涂抹硅油，原料各成分按比例混合后，浇注于模具内，模具内中心位置固定螺杆，固化脱模，得带有螺杆的基座；压制封装层A：原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂、钨粉、铁粉和水，封装层A原料各成分的质量比为4:4:1:4:4:0.2～0.25，首先将原料水泥、钨粉、铁粉和水按比例充分混合均匀，再加入环氧树脂和固化剂后放入模具中，压制成型，得封装层A，然后在封装成A内表面化学镀屏蔽材料；
（2）基座上表面采用化学镀镍法制备镍电极，在镍电极上连接负极导线，并从负极导线引出一条屏蔽线；依次将压电元件、导电片和钨块套设于基座螺杆上，并用与螺杆配套的螺母固定，然后用步骤（1）的基座原料浇注在压电元件周围及负极导线上，将负极导线固定于基座上表面，再将正极导线焊接在钨块与压电元件之间的导电片上；
（3）将步骤（1）压制成型的封装层A覆盖于步骤（2）组装后的基座上，再将从负极导线引出的屏蔽线接于封装层A内表面的屏蔽层上；正、负极导线穿过封装层A后，分别与电荷适调器相连接，然后将电荷适调器焊接连接BNC外接接头，再用质量比为4:4:1的水泥、环氧树脂和固化剂，在电荷适调器外表面浇注形成封装层B，并将包裹封装层B的电荷适调器与基座及基座上覆盖的封装层A浇注为一体，形成完整的封装层外壳，即为本发明植入式压电式加速度传感器。
步骤（1）中，所述模具材质为钢或水泥，浇注前，在模具壁上涂抹硅油或石蜡，以便于脱模。
本发明一种用于混凝土监测/检测的植入式压电式加速度传感器的应用，其方法为：将本发明植入式压电加速度传感器植入混凝土内部，通过外界人为激励或者自然环境脉动下对混凝土结构受振情况进行监测/检测，通过对传感器拾取的振动信号进行分析，反映出混凝土结构在服役期间整体的健康状态。
本发明一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器，相对于现有技术，其有益效果为：
1）采用引屏蔽线、镀屏蔽层和在封装层A中添加钨粉、铁粉，有效的消除由于材料本身性能缺陷及外部环境电磁干扰造成的接收信号差等问题，确保混凝土结构振动监测/检测的准确性；封装层材料与混凝土结构相容性好，植入混凝土中相当于混凝土结构中的骨料，因而其受振情况即为混凝土结构受振情况。
2）采用圆环型的1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料，其结构简单，布阵方便，在对传感器灵敏度变化影响较小的情况下，能有效提高传感器低频响应特点；同时引入固定负极导线的少量基体材料，将压电元件与基座耦合为一个整体，降低了传感器的横向灵敏度，作为一种植入式传感器非常适用于一些大型混凝土结构的健康监测/检测。
3）采用压制成型法制备传感器封装层A，其结构密实度好，屏蔽、绝缘、防水和耐腐蚀性能优良，通过该方法能够快速的制备出压电式加速度传感器的封装层，重复性好，防水性能优良。封装层中水泥的引入，使得传感器与混凝土耦合性能优良，非常适合于混凝土结构的长期监测/检测。
4）采用传感器与电荷适调器一体化封装工艺，信号采集及处理同时完成，不需组装，使用方便，且性能稳定，重复性好，并且消除了导线过长造成信号衰减严重的问题。
附图说明
图1为本发明用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器的结构示意图；
图2为压电元件示意图，A为结构示意图，B为俯视图；
图3为实施例1所测得的加速度传感器阻抗–频率谱图；
图4为传感器标定前正弦激励输出曲线；
图5为传感器标定后正弦激励输出曲线；
图6为标准传感器随机激励传感器响应输出；
图7为水泥/聚合物基压电加速度传感器随机激励传感器响应输出；
图8为标准传感器线性扫频传感器输出时域曲线；
图9为水泥/聚合物基压电加速度传感器线性扫频传感器输出时域曲线；
图10为标准传感器线性扫频传感器输出频域曲线；
图11为水泥/聚合物基压电加速度传感器线性扫频传感器输出频域曲线；
图12为传感器植入混凝土梁中的结构图；
图13为植入式加速度传感器对钢筋混凝土简支梁损伤前后固有频率测量曲线；
图14为对比例1传感器输出时域曲线和频域曲线；
图15为实施例2制备的压电加速度传感器输出时域曲线和频域曲线；
图中：1、压电元件，2、钨块，3、基座，4、电荷适调器，5、封装层A，6、封装层B，7、屏蔽层，8、螺杆，9、螺母，10、正极导线，11、负极导线，12、BNC外接接头，13、导电片，14、屏蔽线。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施例对本发明进行进一步说明，下述说明仅是为了解释本发明的优点和技术方案，并不对其内容进行限定。
实施例1
本发明用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器的结构（如图1 所示），包括压电元件1、钨块2、基座3、电荷适调器4、封装层外壳和屏蔽层7；所述的封装层外壳包括封装层A 5和封装层B 6两部分；屏蔽层7为屏蔽层，采用化学镀法镀于封装层A 5的内表面；所述的基座3上覆盖封装层A 5，基座3与封装层A 5形成内部中空结构，压电元件1和钨块2位于形成的中空结构中；基座上表面有采用化学镀镍法制备的镍电极，基座3正中固定有一体浇注的螺杆8；压电元件1和钨块2均为圆环形，依次套设于螺杆8上，并用螺母9固定，压电元件1和钨块2轴向方向一致；压电元件1的上下表面设有电极，上表面为正极，下表面为负极，钨块2和压电元件1之间设有导电片13，导电片13上连接有正极导线10，基座3上表面的镍电极上连接有负极导线11，正、负极导线10和11穿过封装层A 5分别与电荷适调器4的正负极相连接；电荷适调器4外表面覆有封装层B 6，并与基座3及基座3上覆盖的封装层A 5浇注为一体；所述的负极导线11引出一条屏蔽线14接于封装层A 5的屏蔽层7上；所述的电荷适调器连接有BNC外接接头12。
本发明实施例1所用的压电元件为一种圆环型的1-3-2型水泥/聚合物基压电复合压电元件（结构如图2所示），尺寸为：厚度3mm、外径16mm、内径5.4mm，以质量比为4:4:1的A-B型灌浆树脂、普通硅酸盐水泥及其配套固化剂为基体材料，以锆钛酸铅压电陶瓷为功能体，压电元件的制备过程为：将圆环型压电陶瓷沿与压电陶瓷极化轴相平行的的方向分别进行横向与纵向切割，依次切割出一系列均匀排列的网格状压电陶瓷柱，切割缝隙0.5mm，底座厚度1mm；然后将灌浆树脂、水泥和固化剂的混合物充分搅拌均匀后浇注于切割出的压电陶瓷柱的切割缝隙中，并进行抽真空处理；浇注结束后，置于恒温养护箱中待其完全固化后，按尺寸切割；超声清洗，干燥后对上表面进行被银处理，即可。
实施例1中，钨块尺寸为：厚度4mm，外径16mm，内径5.4mm。基座，厚度为5mm，以普通硅酸盐42.5R水泥、AB－灌浆树脂、固化剂以及氧化铝粉的混合物为基座的的原料，其比例为4:2:0.5:2。螺杆为与基座一体浇注的M5螺杆，直径为4.98mm，螺母选用与螺杆配套的轻质六角螺母；封装层外壳厚度为2mm，封装层A原料成分为普通硅酸盐42.5R水泥、环氧树脂、固化剂、钨粉、铁粉和水，各成分的质量比为4:4:1:4:4:0.2，封装层B原料为水泥、环氧树脂和固化剂，各成分的质量比为4:4:1，钨粉和铁粉，粒径均为200目，其中的环氧树脂、固化剂为AB-灌浆树脂及其配套固化剂。
实施例2
制备本发明用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器，以实施例1列举的植入式压电加速度传感器为例，具体制备过程如下：
（1）浇注法制基座和压制成型法制封装层A，备用；浇注基座：原料成分为普通硅酸盐42.5R水泥、AB－灌浆树脂、固化剂以及氧化铝粉，各成分质量比为4:2:0.5:2，浇注之前涂抹硅油，首先将AB-灌浆树脂在40～50℃加热以增加其流动性，然后按比例加入普通硅酸盐42.5R水泥、氧化铝粉后充分混合均匀，放入真空干燥器中进行抽真空处理，消除其中气泡，直至没有明显的气泡产生为止；冷却至室温后加入固化剂再进行混合，搅拌均匀并进行二次抽真空处理，然后将混合物浇注于模具内，模具内中心位置固定螺杆，待其完全固化后脱模，并切割为厚度5mm，得带有螺杆的基座；压制封装层A：原料为普通硅酸盐42.5R水泥、环氧树脂、固化剂、200目钨粉、200目铁粉、水，其比例为4:4:1:4:4：0.2，首先将普通硅酸盐42.5R水泥、钨粉、铁粉、水按比例充分混合均匀，再加入环氧树脂和固化剂后放入模具中，压制成型，得封装层A，在封装成A内表面化学镀镍屏蔽层；
（2）基座上表面采用化学镀镍法制备镍电极，在镍电极上连接负极导线，并从负极导线引出一条屏蔽线；依次将压电元件、导电片和钨块套设于基座螺杆上，并用与螺杆配套的螺母固定，然后用步骤（1）的基座原料浇注在压电元件周围及负极导线上，将负极导线固定于基座上表面，再将正极导线焊接在钨块与压电元件之间的导电片上；
（3）将步骤（1）压制成型的封装层A覆盖于步骤（2）组装后的基座上，再将从负极导线引出的屏蔽线接于封装层A内表面的屏蔽层上；正、负极导线穿过封装层A后，分别与电荷适调器相连接，然后将电荷适调器焊接连接BNC外接接头，再用质量比为4:4:1的水泥、环氧树脂和固化剂，在电荷适调器外表面浇注形成封装层B，并将包裹封装层B的电荷适调器与基座及基座上覆盖的封装层A浇注为一体，形成完整的结合紧密的封装层外壳，即为本发明实施例1压电式加速度传感器。
本发明用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器性能测试：
本发明研究了所制备的压电式加速度传感器在不同频率振动下，压电加速度传感器的电压输出与振动频率之间的关系。所用到的实验设备有等强度梁装置、扫频信号发生器、激振器、信号采集系统。
土木工程的低频振动频率在0-40Hz之间，传统试验中所用的钢筋混凝土梁的振动频率约为1-500Hz。因此，采用Agilent4294A精密阻抗分析仪测量，如图3所示，为所组装加速度传感器的阻抗和相位角频谱图。在低频率段，传感器具有较高的阻抗和相位角，且之间没有明显谐振峰。
按照实施例2的方法制备具有图1结构的加速度传感器，在TJ-1型等强度梁上进行传感器的灵敏度的标定。按GB/T20485比较校准方法，将标准传感器与标定传感器背靠背（或仔细的并排）安装在校准振动台台面中心，在参考频率160Hz下进行校准，标准传感器的电输出与所承受的加速度值之比即为参考灵敏度。由于被校准传感器与标准传感器是背靠背安装，受到相同的正弦激励幅度，其电输出之比即为其灵敏度之比。被校准传感器的灵敏度为：
式中——标准传感器灵敏度；
、——被校准传感器和标准传感器测得的灵敏度，或是放大器输出电压（当放大倍数相同时）。
传感器标定输出曲线如图4，标定后与标准传感器输出对比如图5。标定后可以计算出传感器灵敏度标定值在5.7 PC/m·s-2。
按照实施例2的方法制备具有图1结构的传感器，在TJ-1型等强度梁上，用力锤进行随机激励采集到传感器的响应输出时域曲线，图6、图7两个传感器进行1次随机激励输出时域曲线，通过对比发现传感器性能稳定，重复性较好，能真实的反映等强度梁的真实随机受振情况。
按照实施例2的方法制备具有图1结构的传感器，在TJ-1型等强度梁上，用扫频信号发生器采用线性扫频方法对梁进行激励，频率范围0-2000Hz，扫频速度50Hz/s，图8、图9为采集到传感器的响应输出时域曲线，图10、图11为传感器频域曲线。通过对比发现传感器性能稳定，重复性较好。
实施例3：本发明实施例2所制备的压电式加速度传感器的应用1
将其植入混凝土结构中，具体实施方案如图12所示，测试传感器在混凝土结构中的响应信号，通过与外贴的标准传感器对比，发现传感器能真实反映混凝土结构受振情况。
实施例4：本发明实施例2所制备的压电式加速度传感器的应用2
将其植入混凝土结构中，混凝土尺寸1800mm*100mm*100mm。采用力锤激励法激励，通过输入响应点和激励点的位置可以测得相应位置的力与结构振型的波形，通过频响函数计算，提取结构固有频率原理，对不同损伤情况下的混凝土结构进行固有频率的监测。图13为不同损伤情况下结构一阶固有频率变化曲线。
对比例1：实施例1压电式加速度传感器不加屏蔽层7和屏蔽线14，其他结构均相同。
将对比例1制备的压电式加速度传感器应用于混凝土检测，方法同实施例3，并与实施例3传感器响应信号进行对比，结果如图14和15所示：图14为对比例1制备的压电式加速度传感器在160Hz正弦激励下，其输出时域曲线有较大幅度规律波动，对其进行傅里叶变换后以看出其在50Hz处有一明显峰值，为50Hz工频干扰。图15为实施例2所制备的压电式加速度传感器在160Hz正弦激励下，传感器输出时域曲线和频域曲线，可见输出曲线平滑无较大波动，因此加屏蔽线后显著提高了传感器的动态测量精度。
Claims (11)
1.一种用于混凝土结构监测/检测的植入式压电加速度传感器，其特征是：包括压电元件、钨块、基座、电荷适调器、封装层外壳和屏蔽层；所述的封装层外壳包括封装层A和封装层B两部分；所述的屏蔽层采用化学镀法镀于封装层A的内表面；
所述的基座上覆盖封装层A，基座与封装层A形成内部中空结构，压电元件和钨块位于形成的中空结构中；基座上表面有化学镀镍法制备的镍电极；基座正中固定有一体浇注的螺杆；
所述的压电元件和钨块均为圆环形，依次套设于螺杆上，并用螺母固定，压电元件和钨块轴向方向一致；
所述的压电元件的上下表面设有电极，上表面为正极，下表面为负极，钨块和压电元件之间设有导电片，导电片上连接有正极导线，基座上表面的镍电极上连接有负极导线，正、负极导线与电荷适调器正负极相连接；
所述的电荷适调器外表面覆有封装层B，并与基座及基座上覆盖的封装层A浇注为一体；所述的负极导线上引出一条屏蔽线接于封装层A内表面的屏蔽层上；所述的电荷适调器连接有BNC外接接头。
2.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的压电元件材料尺寸为：厚度2～4mm、外径14～16mm、内径5.0～5.4mm；压电元件材料为压电陶瓷或1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料。
3.根据权利要求2所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的1-3-2型水泥/聚合物基压电复合材料，以质量比为4:4:1的聚合物、水泥和固化剂的混合物为基体，以压电陶瓷为功能体；所述的压电陶瓷为锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁锆钛酸铅压电陶瓷，所述聚合物为环氧树脂或酚醛树脂，所述的水泥为普通硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；其制备过程为：将圆环型压电陶瓷沿与压电陶瓷极化轴相平行的方向分别进行横向与纵向切割，依次切割出一系列均匀排列的网格状压电陶瓷柱，切割缝隙0.5mm，底座厚度1mm；然后将灌浆树脂、水泥和固化剂的混合物充分搅拌均匀后浇注于切割出的压电陶瓷柱的切割缝隙中，并进行抽真空处理；浇注结束后，置于恒温养护箱中待其完全固化后，按尺寸切割；超声清洗，干燥后对上表面进行被银处理，即可。
4.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的钨块尺寸为：厚度4～6mm，外径14～16mm，内径5.0～5.4mm。
5.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的基座，厚度为4～6mm，原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂和氧化铝粉，各成分质量比为4：2：0.5：1.0～2。
6.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的螺杆为M5螺杆，直径为4.83～4.98mm，所述的螺母选用与螺杆相配套的轻质六角螺母。
7.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的封装层外壳厚度为2～2.5mm，封装层A原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂、钨粉、铁粉和水，各成分的质量比为4:4:1:4:4:0.2～0.25，封装层B原料为水泥、环氧树脂和固化剂，各成分的质量比为4:4:1；所述的水泥为硫铝酸盐水泥、硫铝酸钡钙水泥或铁铝酸盐水泥；所述的钨粉和铁粉，粒径均为200目。
8.根据权利要求7所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的封装层外壳厚度为2mm。
9.根据权利要求1所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的屏蔽层材料为铜系、银系或镍系屏蔽材料。
10.根据权利要求9所述的植入式压电加速度传感器，其特征是：所述的屏蔽层材料为镍系屏蔽材料，通过化学镀镍法镀于封装层A的内表面上。
11.一种权利要求1所述植入式压电加速度传感器的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）浇注法制基座和压制成型法制封装层A，备用；浇注基座：原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂和氧化铝粉，各成分质量比为4:2:0.5:1.0～2，浇注之前涂抹硅油，原料各成分按比例混合后，浇注于模具内，模具内中心位置固定螺杆，固化脱模，得带有螺杆的基座；压制封装层A：原料成分为水泥、环氧树脂、固化剂、钨粉、铁粉和水，封装层A原料各成分的质量比为4:4:1:4:4:0.2～0.25，首先将原料水泥、钨粉、铁粉和水按比例充分混合均匀，再加入环氧树脂和固化剂后放入模具中，压制成型，得封装层A，然后在封装层 A内表面化学镀屏蔽材料；
（2）基座上表面采用化学镀镍法制备镍电极，在镍电极上连接负极导线，并从负极导线引出一条屏蔽线；依次将压电元件、导电片和钨块套设于基座螺杆上，并用与螺杆配套的螺母固定，然后用步骤（1）的基座原料浇注在压电元件周围及负极导线上，将负极导线固定于基座上表面，再将正极导线焊接在钨块与压电元件之间的导电片上；
（3）将步骤（1）压制成型的封装层A覆盖于步骤（2）组装后的基座上，再将从负极导线引出的屏蔽线接于封装层A内表面的屏蔽层上；正、负极导线穿过封装层A后，分别与电荷适调器相连接，然后将电荷适调器焊接连接BNC外接接头，再用质量比为4:4:1的水泥、环氧树脂和固化剂，在电荷适调器外表面浇注形成封装层B，并将包裹封装层B的电荷适调器与基座及基座上覆盖的封装层A浇注为一体，形成完整的封装层外壳，即为植入式压电式加速度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |