CN110967402A - 一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器 - Google Patents

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田晶
史经垠
王术光
张凤玲
王志
艾延廷
陈英涛
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Abstract

一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器，属于航空航天技术领域。所述直列式声发射和加速度一体化压电传感器，包括连接基座，连接基座顶部设置有导电底座，导电底座设置有绝缘底座和压电元件，绝缘底座内设置有上压电片和下压电片，上压电片的顶部设置有振动传导装置，振动传导装置通过弹簧与壳体连接，上压电片和下压电片通过导电片连接，上压电片的上表面、下压电片的下表面和导电片均通过导线与转接头连接，压电元件的上表面和下表面均通过导线与转接头连接。所述直列式声发射和加速度一体化压电传感器，节省了安装空间，降低了安装难度，实现振动信号与声发射信号同步采集，减小了采集数据的误差，提高了精度。

Description

一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器。
背景技术
在航空领域，航空发动机以及一些主要零部件的振动产生的疲劳会对其寿命产生很大影响，因此，为了延长使用寿命，通常需要通过传感器采集这些机械零件关于机械振动的信号以进行分析。但是，现有信号采集的过程中，通常是采用单一功能的传感器对其振动产生的某一种指标进行检测，比如位移、加速度等，在进行信息融合在线监测过程中如果需要的传感器类型较多和数量较大时，所用空间与采集资源较多，同步性能也受到影响，并且通过安装多个的功能单一的传感器采集数据会增大安装难度、占用大量的空间、增大采集数据的误差。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其能够同时测量材料内部的力学性能信号和加速度信号，节省了安装空间，降低了安装难度，减小了采集数据的误差，提高了精度，实现了振动信号与声发射信号同步采集。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器，包括连接基座、壳体、导电底座、绝缘底座、上压电片、下压电片、压电元件和振动传导装置；
所述连接基座顶部设置有导电底座，所述导电底座设置有两个安装槽，其中，一个安装槽内设置有绝缘底座，所述绝缘底座内设置有上压电片和下压电片，所述上压电片的顶部设置有振动传导装置，所述振动传导装置通过弹簧与壳体连接，所述壳体与连接基座连接；另一个安装槽内设置有压电元件；
所述上压电片和下压电片通过导电片连接，所述上压电片的上表面、下压电片的下表面和导电片均通过导线与转接头连接，所述压电元件的上表面和下表面均通过导线与转接头连接。
所述振动传导装置采用质量块，用于传导与连接基座相同的振动。
两个所述安装槽的深度相同。
所述上压电片和下压电片均为石英压电片。
所述连接基座的底部设置有连接部，用于被检测部件连接。
本发明的有益效果：
本发明能够实现对同一振动的所产生的振动信号的两次采集，形成对同一物体振动的加速度以及材料内部性能的变化的采集，相当于直列式声发射传感器与压电加速度传感器的结合，能够极大地减小单独测量时带来的误差，同时减小多个传感器安装的难度，既保证了测量的准确性，又减小了实施测量时的难度，节省了空间。
本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器的俯视图。
说明书附图中的附图标记包括：
1-连接基座，2-壳体，3-导电底座，4-绝缘底座，5-上压电片，6-下压电片，7-压电元件，8-振动传导装置，9-导电片，10-弹簧，11-转接头，12-连接部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图2所示，本发明提供了一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器，包括连接基座1、壳体2、导电底座3、绝缘底座4、上压电片5、下压电片6、压电元件7和振动传导装置8；
连接基座1顶部设置有导电底座3，导电底座3设置有两个安装槽，其中，一个安装槽内设置有绝缘底座4，绝缘底座4内设置有上压电片5和下压电片6，上压电片5和下压电片6均为石英压电片，上压电片5的顶部设置有振动传导装置8，振动传导装置8采用质量块，用于传导与连接基座1相同的振动，振动传导装置8通过弹簧10与壳体2连接，壳体2与连接基座1连接；另一个安装槽内设置有压电元件7；
上压电片5和下压电片6通过导电片9连接，上压电片5的上表面、下压电片6的下表面和导电片9均通过导线与转接头11连接，压电元件7的上表面和下表面均通过导线与转接头11连接，具体连接方式为：压电元件7的上表面通过导线与转接头11连接，上压电片5的上表面和下压电片6的下表面通过导线相连后再通过导线导出到壳体2外部与转接头11连接；压电元件7的下表面和导电片9通过导线相连后再通过导线导出壳体2外部与转接头11连接。
本实施例中，壳体2为金属外壳，连接基座1与壳体2相卡合，连接基座1的底部设置有连接部12，用于被检测部件连接，连接部12可采用螺栓孔，用来固定到振动件上，振动件的振动通过连接部12传递到上方的压电片和压电元件7，压电元件7采用PZT-5材料制作。导电底座3与连接基座1固定连接，导电底座3的两个安装槽的深度相同，当然，导电底座3也可以通过导电胶来实现，具体包括：将导电胶铺设在连接基座1上方使绝缘底座4与连接基座1固定，使压电元件7与绝缘基座的底部平齐，压电元件7直接接触导电胶，通过导线将压电元件7的下表面引出并与导电片9引出的导线相接一起引出壳体2连接至转接头11。
上压电片5和下压电片6并联，上压电片5的上表面和下压电片6的下表面同为正极时，设置在其中间的导电片9为负极；上压电片5的上表面和下压电片6的下表面同为负极时，设置在其中间的导电片9为正极；正负交替，并均通过导线接到壳体2之外的转接头11上；压电元件7的下表面与导电片9可以共同通过导线接到壳体2之外的转接头11上，二者同为正极或者同为负极；压电元件7的上表面通过导线连接至转接头11，压电元件7的上表面与上压电片5的上表面和下压电片6的下表面同为正极或者同为负极；在后续工作中，转接头11可以与放大器等连接进行信号处理，比如对振动特性进行多角度的研究分析，优化结构的传动特性以及力学特性。
本发明用于采集振动信号，相当于直列式声发射传感器与压电加速度传感器的结合，由于二者对振动频率的感知不同，故振动传导装置8通过弹簧10与壳体2连接，通过弹簧10阻尼振动传导装置8的振动。
上述一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器的工作原理：
本发明在实际使用时，通过连接部12安装于被探测物体，被探测物体振动时，压电元件7由发动机等振动部件产生的机械振动在材料内部产生的声发射应力波转换为电信号输出；上压电片5、下压电片6和导电片9将被探测物体的振动信号转换为电信号输出；压电元件7的上表面、上压电片5和下压电片6均分别与转接头11连接，压电元件7的下表面和导电片9一起连接到转接头11，实现了对同一信号的两次采集，并将采集到的振动信号转化为电信号输出，精度更高、误差更小。
声发射就是材料受外力或内力作用产生变形或裂纹时,以弹性波的形式释放出应变能的现象,其中一部分应变能以声发射波的形式释放出来，本发明的压电元件7将由发动机等振动部件产生的机械振动在材料内部产生的声发射应力波转换为电信号输出；
被探测物体振动时，振动传导装置8随连接基座1有相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用，这样，振动传导装置8就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上，由于压电片压电效应，两个表面上就产生交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比，亦即与被探测物体的加速度成正比。
在后续工作中可进行进一步处理，比如，输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试件的振动速度或位移。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其特征在于，包括连接基座、壳体、导电底座、绝缘底座、上压电片、下压电片、压电元件和振动传导装置；
所述连接基座顶部设置有导电底座，所述导电底座设置有两个安装槽，其中，一个安装槽内设置有绝缘底座，所述绝缘底座内设置有上压电片和下压电片，所述上压电片的顶部设置有振动传导装置，所述振动传导装置通过弹簧与壳体连接，所述壳体与连接基座连接；另一个安装槽内设置有压电元件；
所述上压电片和下压电片通过导电片连接，所述上压电片的上表面、下压电片的下表面和导电片均通过导线与转接头连接，所述压电元件的上表面和下表面均通过导线与转接头连接。
2.根据权利要求1所述的直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其特征在于，所述振动传导装置采用质量块，用于传导与连接基座相同的振动。
3.根据权利要求1所述的直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其特征在于，两个所述安装槽的深度相同。
4.根据权利要求1所述的直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其特征在于，所述上压电片和下压电片均为石英压电片。
5.根据权利要求1所述的直列式声发射和加速度一体化压电传感器，其特征在于，所述连接基座的底部设置有连接部，用于被检测部件连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111487326A (zh) * 2020-05-13 2020-08-04 中国飞机强度研究所 一种可修复式压电传感器柔性夹层
CN113503958A (zh) * 2021-07-08 2021-10-15 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 宽频振动信号传感器及其信号处理装置
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