CN106683766A - 压电电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种压电电缆，包括：保护层，以及设置在所述保护层内侧的柔性电芯、压电薄膜层、导电层；所述柔性电芯的外侧包裹所述压电薄膜层，压电薄膜层外侧设置所述导电层；所述压电薄膜层的两面分别与所述柔性电芯和导电层电连接。本发明的压电电缆，其电芯为导电的柔性电芯，柔性电芯外侧包裹压电薄膜层，压电薄膜层的外侧包裹导电层，当外力作用在压电电缆时，柔性电芯被挤压变形，而包裹在柔性电芯上的压电薄膜层会因此发生张力变化，从而产生电荷信号，其无需在电芯和导电层之间设置相互咬合的突起和对应的凹陷，所以无需特殊的生产工艺，生产简单；压电薄膜无悬空设置，在受力后对压电薄膜的损伤较小，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及到压力传感领域，特别是涉及到一种压电电缆。
背景技术
利用压电薄膜感受张力产生压电效应的现象，被广泛地应用于压力传感领域。现有技术中存在压电电缆具有灵敏度低、使用寿命短的缺点，比如美国精量电子公司的压电电缆，其利用夹在金属导体之间的压电薄膜受到具有不平整的金属表面挤压后产生拉伸而产生信号，其电缆柔性电芯及螺旋缠绕的压电薄膜、压电薄膜之外的导电薄膜及导电薄膜之外的金属丝层需要咬合准确，其绝缘层容易破坏，缺乏柔韧性的等，严重限制了灵敏度的进一步提升，也损害了其使用寿命，生产难度较高。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种使用寿命长的压电电缆。
为了实现上述发明目的，本发明提出一种压电电缆，包括：保护层，以及设置在所述保护层内侧的柔性电芯、压电薄膜层、导电层；
所述柔性电芯的外侧包裹所述压电薄膜层，压电薄膜层外侧设置所述导电层；
所述压电薄膜层的两面分别与所述柔性电芯和导电层电连接。
进一步地，所述柔性电芯内设置有沿所述压电电缆长度方向布置的抗拉线；
所述抗拉线包括金属丝线或有机纤维线。
进一步地，所述导电层外侧包裹第一金属网。
进一步地，所述导电层为第二金属网。
进一步地，所述柔性电芯的横截面为正圆形。
进一步地，所述柔性电芯为环形腔体；
所述环形腔体内套接有与所述柔性电芯紧配合的柱状填充物。
进一步地，所述压电薄膜层包括压电薄膜，所述压电薄膜呈螺旋状地缠绕在所述柔性电芯上；
所述压电薄膜缠绕所述柔性电芯时，将所述柔性电芯和导电层绝缘分隔。
进一步地，所述导电层包括导电带，所述导电带呈螺旋状地缠绕在所述压电薄膜层上。
进一步地，所述柔性电芯由导电硅胶、导电橡胶和导电海绵中的一种材料制成。
进一步地，所述保护层由绝缘橡胶或聚乙烯制成。
本发明的压电电缆，其电芯为导电的柔性电芯，柔性电芯外侧包裹压电薄膜层，压电薄膜层的外侧包裹导电层，当外力作用在压电电缆时，柔性电芯被挤压变形，而包裹在柔性电芯上的压电薄膜层会因此发生张力变化，从而产生电荷信号，其无需在电芯和导电层之间设置相互咬合的突起和凹陷，所以无需特殊的生产工艺，生产简单；压电薄膜无悬空设置，在受力后对压电薄膜的损伤较小，提高使用寿命。
附图说明
图1为本发明一实施例的压电电缆的结构示意图；
图2位本发明一实施例的压电电缆的横截面的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明实施例提供一种压电电缆，其包括：保护层40，以及设置在所述保护层40内侧的柔性电芯10、压电薄膜层20、导电层30；所述柔性电芯10的外侧包裹所述压电薄膜层20，压电薄膜层20外侧设置所述导电层30；所述压电薄膜层20的两面分别与所述柔性电芯10和导电层30电性连接。
上述保护层40一般由绝缘橡胶、聚乙烯等有机材料制成，如同普通电缆的外层相同，对电缆起保护和绝缘作用等。
上述柔性电芯10一般由导电硅胶、导电橡胶、导电海绵等材料制成，其具有变形和导电的功能。
上述压电薄膜层20，是由压电薄膜21组成的结构，其紧密地包裹于柔性电芯10。压电薄膜21即为压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜，拉扯压电薄膜21时，压电薄膜20上、下电极表面之间就会产生一个电信号(电荷或电压)，该电信号的大小同拉伸或弯曲的形变量成正比。
上述导电层30即为设置在压电薄层外侧的一层导电结构，其主要作用是收集压电薄膜层20产生的电荷。其可以为柔性的导电金属带包裹在压电薄膜层20上，也可以是涂覆在压电薄膜层20上的导电膜，如镀银膜等，还可以是贴附在压电薄膜层20上的导电线等。
本实施例中，上述压电电缆的外侧壁受到挤压等作用时，压电薄膜21必然会沿压电电缆的径向产生作用力，从而会挤压柔性电芯10，柔性电芯10会发生形变，从而使其外侧壁的周长发生改变，包裹在其外面的压电薄膜21所承受的张力和拉伸力会伴随改变，从而获得与压力对应的电荷信号。压电薄膜21产生的电荷信号通过柔性电芯10和导电层30传输到压电电缆头部的外部检测设备。
在一具体实施例中，上述柔性电芯10的横截面为正圆形。当电缆受到挤压时会发生椭圆趋势的形变，由于正圆的等面积的周长最短，椭圆趋势的变化会产生更长的周长，从而对包裹在外面的压电薄膜21产生强烈的张力和拉伸，从而获得与压力对应的电荷信号，其具有灵敏度高的特点。正圆形的柔性电芯10，受力后会产生均匀的张力和拉伸作用于压电薄膜层20，使压电薄膜层20产生的电荷信号更加平滑，方便处理。在其它实施例中，上述柔性电芯10的横截面还可以是其他形状，如正方形、正三角形、正六边形等。其中，当柔性电芯10的横截面为正多边形时，其边数越多，使压电薄膜层20产生的电荷信号就越加地灵敏。
本实施例中，上述柔性电芯10内设置有沿所述压电电缆长度方向布置的抗拉线50。上述抗拉线50的作用主要是提高上述压电电缆的抗拉强度，以提高压电缆的使用强度，使其适用范围更广。上述抗拉线50一般包括金属丝线或有机纤维线等，如钢丝线、尼龙丝等。
本实施例中，上述导电层30外侧包裹第一金属网。第一金属网同样以增加压电电缆的强度。而且，还可以起到屏蔽的效果，防止其他射频信号干扰到压电电缆采集的信号。上述第一金属网也可以设置在所述保护层40的内部。
本实施例中，上述导电层30为第二金属网，第二金属网既可以进行收集压电薄膜层20产生的电荷，还可以提高压电电缆的强度。第二金属网一般为铜丝、钢丝或铁丝编制而成。
本实施例中，上述柔性电芯10为环形腔体。环形腔体即为两端开口的圆形腔体，用户可以根据使用环境在环形腔体内添加不同的填充物。比如，为了增加柔韧性和抗拉强度，可以在腔体内填充钢丝绳等；如果为了降低柔韧性，则可以在腔体内填充硬质支杆等。
在一具体实施例中，上述柔性电芯10的腔体内套接有与所述柔性电芯10紧配合的柱状填充物。上述柱状填充物可以为圆形的有机纤维杆，或者，圆形的金属杆等。柱状填充物与柔性电芯10紧配合，可以提高压电电缆的灵敏度，以及提高压电薄膜层20与柔性电芯10的紧密接触。比如，在生产过程中，首先将压电薄膜层20包裹在环形腔体的柔性电芯10上，然后将直径大于圆环腔体内径的柱状填充物插入到腔体内，柱状填充物的设置，可以支撑柔性电芯10膨胀，从而使柔性电芯10与压电薄膜21之间的接触更加紧密。比如，压电薄膜21包裹柔性电芯10时，由于包裹不紧密而产生空隙等，插入柱状填充物后，则可以将空隙填满。
本实施例中，上述压电薄膜层20包括压电薄膜21，所述压电薄膜21呈螺旋状地缠绕在所述柔性电芯10上；所述压电薄膜21缠绕所述柔性电芯10时，将所述柔性电芯10和导电层30绝缘分隔。压电薄膜21螺旋紧密缠绕着电缆的柔性电芯10，柔性电芯10一方面适合标准化生产，另外，稍微叠加螺旋缠绕的压电薄膜21具有很好的绝缘效果，保障压电电缆的效用。另外，螺旋形的缠绕也帮助压电电缆在弯曲、拉扯时不易发生压电薄膜层20开裂的现象，具有更好的适应性。
本实施例中，上述导电层30包括导电带，所述导电带呈螺旋状地缠绕在所述压电薄膜层20上。上述导电带可以为金属带等，其可以弯折。所述导电带螺旋状包裹住压电薄膜层20，可以传导压电薄膜21产生的电荷信号，也可以在截断处引出电荷信号等。
在一具体实施例中，柔性电芯10为导电硅胶，在其中心位置设置多股钢丝线形成钢芯，该柔性电芯10的直径2mm，钢芯总直径0.2mm。在生产时，导电硅胶与钢芯从电缆设备中连续挤出，构成柔性的、抗拉强度很高的、表面光洁的、正圆形的柔性电芯10；在连续出线的电缆设备上将柔性电芯10、压电薄膜21、导电带、保护层40等综合加工，让压电薄膜21螺旋状紧密包裹柔性电芯10形成压电薄膜层20，让导电带紧密包裹螺旋状的压电薄膜21上形成导电层30，再在导电层30外面增加坚固的聚乙烯保护层40，最终形成总直径3mm～4mm的压电电缆。当这个压电电缆受到挤压，柔性电芯10会从正圆变成椭圆，其横截面的面积不变，势必造成柔性电芯10横截面的周长变长，从而对包裹在柔性电芯10外面的压电薄膜21形成张力，压电薄膜21受到平面方形的拉伸，获得相应的电荷信号输出。本实施例的压电电缆适合长度较长的连续加工。长度较长的压电电缆可以用于电子围栏等安全设施，比如，飞机场的围栏上设置上述压电电缆，当有人或物触碰压电电缆时，与压电电缆连接的外部检测设备既可以检测到，以进行及时的处理等。
在另一具体实施例中，用导电硅胶制成空心的柔性电芯10，柔性电芯10的直径10mm,空心的直径6mm。该空心的柔性电芯10是通过长条形管状原料切割获得；然后将压电薄膜21螺旋状或环状紧密包裹柔性电芯10，让导电带紧密包裹螺旋状或环状压电薄膜21，最后在柔性电芯10的空心处插入直径超过空心直径的刚性或柔性膨胀物，让柔性电芯的外直径获得增加，从而可以涨紧包裹在外面的压电薄膜层20和导电层30，形成一个棒状的压电电缆。同样，当这个棒状压电电缆受压，也会导致柔性电芯10的横截面周长变长，对包裹在外面的压电薄膜21产生张力，获得相应的电荷信号，这种棒状的压电电缆适合较短长度的独立加工。较短长度的压电电缆可以用于各种压电传感领域，比如，设置于床垫中，形成采集人体生理信号的床垫；又或者，将其设置在扶手电梯的一端，以感受扶手电梯上是否有人，当电梯上无人时，电梯缓慢或停止运行，当有人踏上电梯时，压电电缆会产生电信号，控制电梯正常运行等。
本发明实施例的压电电缆，其电芯为导电的柔性电芯10，柔性电芯10外侧包裹压电薄膜层20，压电薄膜层20的外侧包裹导电层30，当外力作用在压电电缆时，柔性电芯10被挤压变形，而包裹在柔性电芯10外侧的压电薄膜层20会因此发生张力变化，从而产生传感信号，其可以如同加工普通电缆一样进行连续加工，加工时无需对位，无需在压电薄膜21表面使用凹凸的结构，也就没有部分的压电薄膜21暴露在空气中，即提高了压力传感的灵敏度，也大大增加了压电电缆的耐用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种压电电缆，其特征在于，包括：保护层，以及设置在所述保护层内侧的柔性电芯、压电薄膜层、导电层；
所述柔性电芯的外侧包裹所述压电薄膜层，压电薄膜层外侧设置所述导电层；
所述压电薄膜层的两面分别与所述柔性电芯和导电层电连接。
2.根据权利要求1所述的压电电缆，其特征在于，所述柔性电芯内设置有沿所述压电电缆长度方向布置的抗拉线；
所述抗拉线包括金属丝线或有机纤维线。
3.根据权利要求1所述的压电电缆，其特征在于，所述导电层外侧包裹第一金属网。
4.根据权利要求1所述的压电电缆，其特征在于，所述导电层为第二金属网。
5.根据权利要求1所述的压电电缆，其特征在于，所述柔性电芯的横截面为正圆形。
6.根据权利要求1所述的压电电缆，其特征在于，所述柔性电芯为环形腔体；
所述环形腔体内套接有与所述柔性电芯紧配合的柱状填充物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的压电电缆，其特征在于，所述压电薄膜层包括压电薄膜，所述压电薄膜呈螺旋状地缠绕在所述柔性电芯上；
所述压电薄膜缠绕所述柔性电芯时，将所述柔性电芯和导电层绝缘分隔。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的压电电缆，其特征在于，所述导电层包括导电带，所述导电带呈螺旋状地缠绕在所述压电薄膜层上。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的压电电缆，其特征在于，所述柔性电芯由导电硅胶、导电橡胶和导电海绵中的一种材料制成。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的压电电缆，其特征在于，所述保护层由绝缘橡胶或聚乙烯制成。
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