CN113478421A - 一种压电晶片安装夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，涉及一种压电晶片安装夹具。该压电晶片安装夹具包括压电晶片、夹具体、压头体、压缩弹簧、施力手柄、紧定螺钉、圆柱磁铁、被监测结构和金属块。利用与磁铁相互吸引的金属块和夹具体上的圆柱磁铁产生夹持力，保证被监测结构位于夹具体和金属块之间；加压部分则由压头体、施力手柄和压缩弹簧组成，压缩弹簧套在压头体上，压头3插入施力手柄下部圆孔中，通过压施力手柄，施力手柄压压缩弹簧，压缩弹簧压压头体，压头体压压电晶片，实现对压电晶片的加压。本压电晶片安装夹具压力施加均匀且保持不变，胶层厚度一致。对于不同形状的压电晶片，可以通过设计不同形状的压头体，扩大夹具的适用范围。

Description

一种压电晶片安装夹具

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种压电晶片安装夹具。

背景技术

机电阻抗技术是近十几年来才兴起的一种新型的结构健康监测方法，由于其对缺陷检测的敏感度较高，因此在结构健康监测领域中得到了广泛的应用。压电材料具有压电效应，可以实现机械能和电能的相互转化。机电阻抗技术正是利用压电材料的压电效应，将压电晶片黏贴在被监测结构表面，通过施加交流电压激励，对结构进行机械激励。反过来，被监测结构对激励的机械响应又会作用在压电晶片上。在这个过程中，压电晶片作为系统中的驱动器和传感器获取被测结构的机械阻抗信息。

在健康监测过程中很重要的环节是在结构上安装压电晶片，该环节对结构健康监测结果影响很大。找到可靠和重复性好的压电晶片安装方法，对获得一致的监测结果非常关键。压电晶片采用环氧树脂胶黏贴在被监测结构表面，在安装过程中，胶层厚度和刚度显著影响压电晶片对结构进行激励和获取结构信息的能力。因此在胶水固化过程中，需要对黏贴部位进行保压操作，以保证黏贴部位胶层厚度一致，刚度良好。传统方法采用重物或力钳进行保压。以上方法虽然可以满足一般工艺要求，但是难以满足胶层厚度均匀，在操作上存在一定的局限性。并且存在工艺一致性低，重复性较差等缺点。

发明内容

针对现有技术难以满足胶层厚度均匀，操作简单方便的要求。并且存在工艺一致性低，重复性较差等缺点。本发明的目的是提供一种可靠和重复性好的压电晶片安装夹具。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电晶片安装夹具，包括压电晶片1、夹具体2、压头体3、压缩弹簧4、施力手柄5、紧定螺钉6、圆柱磁铁7、被监测结构8和金属块9；压头体3、施力手柄5和压缩弹簧4一同形成压电晶片安装夹具的加压部分；压头体3由两段直径不同的圆柱体组成；小直径圆柱上套有压缩弹簧4；施力手柄5由两段直径不同的圆柱体组成，小直径圆柱端面有一圆孔，圆孔直径大于压头体3小直径圆柱直径且小于压缩弹簧4直径，压头体3小直径圆柱插入施力手柄5的圆孔中，施力手柄5通过压缩弹簧4压在压头体3上；夹具体2为中间呈正方形挖空的长方体与中间圆形挖空圆柱体组成的一体结构；夹具体2的长方体顶部开有一圆孔，圆孔直径大于施力手柄5小直径圆柱的直径，加压部分通过圆孔插入夹具体2中；夹具体2的长方体上部侧端开有一螺纹孔，紧定螺钉6拧在夹具体2螺纹孔中；压紧施力手柄5后，通过拧紧紧固螺钉6对施力手柄5进行固定，保证压缩弹簧4不被松开；夹具体2的圆柱体底部加工有四个定位切缝202和多个圆柱磁铁安装槽201，四个定位切缝202呈“十”字形在圆周方向均布，圆柱磁铁安装槽201粘贴有圆柱磁铁7；定位切缝202“十”字形的定位线中心布置压电晶片1，压头体3压在压电晶片1上；金属块9由圆柱体和球形手柄组成；夹具体2与金属块9之间通过夹具体2底部粘接的圆柱磁铁7产生夹持力，被监测结构8位于夹具体2和金属块9之间。

压头体3材料为尼龙，防止破坏压电晶片表面；金属块9材料为被磁铁吸引的材料。

压头体3与压电晶片1接触的端面形状根据不同形状的压电晶片1进行专门设计。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种压电晶片安装夹具，尺寸小巧，可以通过磁铁吸附在被监测结构表面，对于无法被磁铁吸附的薄板结构，使用金属块同样可以实现夹具的布置。通过更换不同刚度的压缩弹簧即可控制所施加压力大小，并通过紧定螺钉保持压缩弹簧不松开。因此，在保压过程中，压力施加均匀且保持不变，胶层厚度一致。对于不同形状的压电晶片，通过设计不同形状的压头体，扩大夹具的适用范围。所以，本发明使用简单方便，并且工艺一致性，重复性很好。

附图说明

图1为一种压电晶片安装夹具的爆炸图。

图2为一种压电晶片安装夹具的正视图。

图3为一种压电晶片安装夹具的剖视图。

图4为一种压电晶片安装夹具加压部分工作原理示意图。

图5为一种压电晶片安装夹具的夹具体正视图。

图6为一种压电晶片安装夹具的夹具体俯视图。

图7为一种压电晶片安装夹具的夹具体仰视图。

图8为一种压电晶片安装夹具的夹具体左视图。

图9为一种压电晶片安装夹具的压缩弹簧示意图。

图10为一种压电晶片安装夹具的圆柱磁铁图。

图中：1-压电晶片，2-夹具体，201-圆柱磁铁安装槽，202-定位切缝，3-压头体，4-压缩弹簧，5-施力手柄，6-紧定螺钉，7-圆柱磁铁，8-被监测结构，9-金属块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种压电晶片安装夹具包括压电晶片1，夹具体2，压头体3，压缩弹簧4，施力手柄5，紧定螺钉6，圆柱磁铁7，被监测结构8，金属块9。

夹具体2为中间呈正方形挖空的长方体与圆柱体组成的一体结构，在其圆柱体底部加工有12个圆柱磁铁安装槽201。12个圆柱磁铁7分别粘接在圆柱磁铁的安装槽201中，安装完成后夹具体2底面保持平整，全部圆柱磁铁7既不突出于夹具体底面，也不凹陷于夹具体底面。4个定位切缝202在圆周方向均布，呈“十”字形。

夹具体2底面加工有4个定位切缝202，4个定位切缝202在圆周方向均布，呈“十”字形。

安装压电晶片1之前，在被监测结构8表面画有“十”字形的定位线，上述夹具体2的4个定位切缝202与定位线重合。在“十”字形的定位线中心布置压电晶片1，压头体3压在压电晶片1上，所述压头体3材料为尼龙，防止破坏压电晶片表面。压缩弹簧4套在压头体3上，压头体3插入施力手柄5下部圆孔中，施力手柄5通过压缩弹簧4压在压头体3上，通过对施力手柄5施压，施力手柄5压压缩弹簧4，压缩弹簧4压压头体3，压头体3压压电晶片1，实现对压电晶片的加压。施力手柄5插在夹具体2上部圆孔中，圆孔直径大于施力手柄5圆柱外径，使施力手柄5在夹具体2上部圆孔中顺畅地上下移动。压头体3插入施力手柄5下部圆孔中，圆孔大于压头体3圆柱外径，使压头体3在施力手柄5下部圆孔中顺畅地上下移动。

对于无法被磁铁吸附被监测结构8的表面，利用金属块9进行压电晶片安装夹具的布置。金属块9与压电晶片安装夹具分别布置于被监测结构8的不同侧，二者的布置位置关于被监测结构8上下对称。金属块9材料为钢或其他可以被磁铁吸引的材料，压电晶片安装夹具与金属块9之间通过夹具体2底部粘接的圆柱磁铁7产生夹持力，使压电晶片安装夹具牢固布置在被监测结构8表面。

根据胡克定律指出：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，即F＝-k·x。k是物质的弹性系数，它只由材料的性质所决定，与其他因素无关。负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。通过设计不同刚度的压缩弹簧4或控制压缩弹簧4的压缩量，即控制压头体3对压电晶片1的所受压力大小。

压头体3与压电晶片1接触的圆柱形状根据不同形状的压电晶片1进行专门设计。

Claims (3)

1.一种压电晶片安装夹具，其特征在于，该压电晶片安装夹具包括压电晶片(1)、夹具体(2)、压头体(3)、压缩弹簧(4)、施力手柄(5)、紧定螺钉(6)、圆柱磁铁(7)、被监测结构(8)和金属块(9)；压头体(3)、施力手柄(5)和压缩弹簧(4)一同形成压电晶片安装夹具的加压部分；压头体(3)由两段直径不同的圆柱体组成；小直径圆柱上套有压缩弹簧(4)；施力手柄(5)由两段直径不同的圆柱体组成，小直径圆柱端面有一圆孔，圆孔直径大于压头体(3)小直径圆柱直径且小于压缩弹簧(4)直径，压头体(3)小直径圆柱插入施力手柄(5)的圆孔中，施力手柄(5)通过压缩弹簧(4)压在压头体(3)上；夹具体(2)为中间呈正方形挖空的长方体与中间圆形挖空的圆柱体组成的一体结构；夹具体(2)的长方体顶部开有一圆孔，圆孔直径大于施力手柄(5)小直径圆柱的直径，加压部分通过圆孔插入夹具体(2)中；夹具体(2)的长方体上部侧端开有一螺纹孔，紧定螺钉(6)拧在夹具体(2)螺纹孔中；压紧施力手柄(5)后，通过拧紧紧固螺钉(6)对施力手柄(5)进行固定，保证压缩弹簧(4)不被松开；夹具体(2)的圆柱体底部加工有四个定位切缝(202)和多个圆柱磁铁安装槽(201)，四个定位切缝(202)呈“十”字形在圆周方向均布，圆柱磁铁安装槽(201)粘贴有圆柱磁铁(7)；定位切缝(202)“十”字形的定位线中心布置压电晶片(1)，压头体(3)压在压电晶片(1)上；金属块(9)由圆柱体和球形手柄组成；夹具体(2)与金属块(9)之间通过夹具体(2)底部粘接的圆柱磁铁(7)产生夹持力，被监测结构(8)位于夹具体(2)和金属块(9)之间。

2.根据权利要求1所述的一种压电晶片安装夹具，其特征在于，所述压头体(3)材料为尼龙，防止破坏压电晶片表面；金属块(9)材料为被磁铁吸引的材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种压电晶片安装夹具，其特征在于，所述压头体(3)与压电晶片(1)接触的端面形状根据不同形状的压电晶片(1)进行设计。

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