CN112683733A - 一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程、智能材料及健康监测技术领域，提供了一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置，包括压电陶瓷传感器、导线、软木块、挡板、粘滞阻尼器。当粘滞阻尼器流体粘度发生变化时，压力波在流体中传播时的能量耗散会发生变化，压电陶瓷传感器接收的信号就会发生变化，而利用接收到的信号幅值的变化可以推算出粘滞阻尼器中流体的粘度。本发明装置构造简单，监测结果精确，为工程上粘滞阻尼器流体粘度的实时监测提供了一种简便可行的方法。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程、智能材料及健康监测领域，具体地说，是当粘滞阻尼器流体粘度发生变化时，压力波在流体中传播时的能量耗散会发生变化，压电陶瓷传感器接收的信号就会发生变化，而利用接收到的信号幅值的变化可以推算出粘滞阻尼器中流体的粘度，这种基于压电陶瓷传感器的监测装置为工程上粘滞阻尼器流体粘度的实时监测提供了一种简便可行的方法。
背景技术
粘滞阻尼器在土木工程中被广泛应用以抑制地震或风振引起的结构振动，粘滞阻尼器所用流体的粘度对其减振性能有很大影响。然而，温度和压力等因素会在粘滞阻尼器使用期间改变流体的粘度。因此，为了保证粘滞阻尼器的减振能力，有必要对粘滞阻尼器中流体的粘度进行实时监测。
近年来，结构健康监测技术越来越多地应用于土木工程。由于压电陶瓷传感器具有响应速度快、响应频带宽和成本低等优点，被广泛应用于结构健康监测领域。此外，压电材料特有的正、逆压电效应使压电陶瓷传感器既可以作为传感器又可以作为驱动器。本发明正是利用了压电陶瓷传感器所特有的正压电与逆压电效应。
传统利用压电陶瓷传感器针对的是流体粘度的测量或检测而不是监测，并且不能定量地反映流体粘度的变化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置，粘度监测装置的实物模型(如图1)。
需要说明的是压电陶瓷传感器是成对工作的，一个发射信号，另一个接收信号。当粘滞阻尼器流体粘度发生变化时，压力波在流体中传播时的能量耗散也会发生变化，导致接收到的信号发生变化，根据接收的信号改变信息可以推算出粘滞阻尼器中流体的粘度。
本发明的技术方案：
一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置，包括压电陶瓷传感器1、导线2、软木块3、挡板4、粘滞阻尼器5；粘滞阻尼器流体粘度监测装置中共设置两个压电陶瓷传感器1，一个作为信号发射端，另一个作为信号接收端；压电陶瓷传感器1用环氧树脂胶粘接在软木块3表面，然后用环氧树脂胶将软木块3粘接在粘滞阻尼器5的缸筒内壁上；在粘滞阻尼器5内靠近压电陶瓷传感器1位置处设置圆环型挡板4以保护压电陶瓷传感器1在粘滞阻尼器5使用过程中不被破坏；在粘滞阻尼器5的缸筒内壁上开孔引出压电陶瓷传感器1上连接的导线2并做好密封，再将引出的导线2与外部设备连接。
本发明的有益效果：
(1)此装置依靠压电陶瓷具有的压电效应，最终利用电信号监测流体粘度，不需要定期拆卸粘滞阻尼器进行粘度检测，省时省力。
(2)此装置利用主动监测方法可以实时对粘滞阻尼器流体粘度进行监测，并且对粘滞阻尼器的正常使用没有影响。
(3)本发明构造简单，零件较少，成本低且安装简单，能准确监测出流体粘度，具有广阔的推广市场和应用前景。
附图说明
图1是本发明整体实物轮廓示意图。
图2是本发明的前视图。
图中：1压电陶瓷传感器；2导线；3软木块；4挡板；5粘滞阻尼器。
具体实施方式
本发明提供了一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置，具体实施方式如下：
使用两个铜壳封装的性能稳定的压电陶瓷传感器1，一个用作驱动器，另一个用作接收器，用环氧树脂胶将两个压电陶瓷传感器1粘接在对应的两个软木块3表面，待环氧树脂完全风干后再用环氧树脂胶将两个软木块3分别粘接在对应的粘滞阻尼器5缸筒内壁上。软木块3的尺寸应与压电陶瓷传感器1相匹配，且具有一定的厚度以吸收沿阻尼器缸筒内壁传播的压力波的能量。在粘滞阻尼器5内靠近压电陶瓷传感器1位置处设置圆环型挡板4以保护压电陶瓷传感器1在粘滞阻尼器5使用过程中不被破坏，圆环型挡板4的环宽不宜过大；在粘滞阻尼器5缸筒内壁上开孔引出压电陶瓷传感器1上连接的导线2并做好密封防止漏油，再将引出的导线2与外部设备连接。
流体粘度的量化方法如下：
定义粘度变化指标(VVI)来量化粘滞阻尼器流体的粘度，VVI表示为
其中，Vmax是接收信号的幅值；V0是激励信号的初始幅值；x是两个压电陶瓷传感器之间的距离；f是激励信号的频率；c是压力波在流体中的传播速度；υ是流体的运动粘度；
两个压电陶瓷传感器之间的距离x、激励信号的初始幅值V0及频率f为已知参数，压力波在流体中的传播速度c通过压力波在流体中传播的平均速度代替，将上述参数及压电陶瓷传感器接收到的信号幅值Vmax代入等式(1)中，求出流体的运动粘度υ，从而对粘滞阻尼器中流体的粘度进行量化。
需要注意的是压电陶瓷传感器是成对使用的，任意一个作为信号发射端，另一个作为信号接收端都可以。相应的，软木块也是成对使用的。宜使用铜壳封装的压电陶瓷传感器，这样的传感器性能稳定且安装方便。
Claims (1)
1.一种基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置，其特征在于，该基于压电陶瓷传感器的粘滞阻尼器流体粘度监测装置包括压电陶瓷传感器(1)、导线(2)、软木块(3)、挡板(4)和粘滞阻尼器(5)；粘滞阻尼器流体粘度监测装置中共设置两个压电陶瓷传感器(1)，一个作为信号发射端，另一个作为信号接收端；压电陶瓷传感器(1)用环氧树脂胶粘接在软木块(3)表面，然后用环氧树脂胶将软木块(3)粘接在粘滞阻尼器(5)的缸筒内壁上；在粘滞阻尼器(5)内靠近压电陶瓷传感器(1)位置处设置圆环型挡板(4)以保护压电陶瓷传感器(1)在粘滞阻尼器(5)使用过程中不被破坏；在粘滞阻尼器(5)的缸筒内壁上开孔引出压电陶瓷传感器(1)上连接的导线(2)并做好密封，再将引出的导线(2)与外部设备连接；
流体粘度的量化方法如下：
定义粘度变化指标VVI来量化粘滞阻尼器流体的粘度，VVI表示为
其中，Vmax是接收信号的幅值；V0是激励信号的初始幅值；x是两个压电陶瓷传感器之间的距离；f是激励信号的频率；c是压力波在流体中的传播速度；υ是流体的运动粘度；
两个压电陶瓷传感器之间的距离x、激励信号的初始幅值V0及频率f为已知参数，压力波在流体中的传播速度c通过压力波在流体中传播的平均速度代替，将上述参数及压电陶瓷传感器接收到的信号幅值Vmax代入等式(1)中，求出流体的运动粘度υ，从而对粘滞阻尼器中流体的粘度进行量化。
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