CN115265857B - 基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法及系统，涉及换能器的预应力测量领域，本发明选取应力测试系统，结合圆管换能器自身的特点，建立有效的预应力监控方法。该测量方法简便且具有较强的工程应用性。在实验过程中证明这种设计方法是可行的。相比预应力压电测量法，本发明减小了其它因素的误差影响效果，提高了圆管换能器上的预应力测量精度；本发明通过引入应力测试系统，结合应变片固定技术，实现了圆管换能器指定方向上的预应力测量，有利于以此为基础开展定向预应力测试工作；本发明实现了圆管换能器预应力施加过程中的实时监控工作，这为换能器多步骤预应力施加提供了测试方法与手段，有利于预应力施加工作的进行。
Description
技术领域
本发明涉及换能器的预应力测量的技术领域，具体地，涉及基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法及系统。
背景技术
现代海洋开发与海洋探测的日益深入均对现代水声技术的综合发展提出了更高要求，换能器作为海洋开发与海洋探测的“耳目”，更是受到了国内外学者的广泛关注。特别在远距离的海洋探测项目中，任务需求对水声换能器的功率极限提出了更高的要求，但是水声换能器功率极限受到诸多影响因素的限制，难以大幅度提高，其中，应力极限更是成为了水声换能器功率极限的重要限制因素之一。
因此，为克服应力极限的限制作用，国内外多家研究所与相关院校逐步开展了水声换能器预应力领域的研究，取得了部分成果。但是，诸多研究所与院校的研究主要集中于水声换能器的预应力施加及其影响方面，而对施加在水声换能器上的预应力大小缺乏测量，无法验证并校准预应力施加过程的准确性。
因而，针对施加在水声换能器上的预应力施加结果进行系统性测量并建立相关测量方法就成为了开展水声换能器预应力研究过程中所需要解决的关键性问题。
预应力测量是现代测量科学中的重要组成部分，涉及力学、电学、数学等领域，是一门具备极强综合性的应用类科学技术，在桥梁工程，路面工程等项目中得到了广泛的应用。
为进一步提高水声换能器的应力极限，多所高校与研究所都曾针对性地研究过各型水声换能器的预应力测量问题，并基于压电测量技术与预应力-压电方程建立了部分类型水声换能器的预应力测试方法(以下简称预应力压电测量法)，该测量方法以压电材料的压电特性为基础，针对施加预应力前后压电材料上所积累的电荷量进行测量，结合压电材料的压电特性，推导施加在水声换能器上的预应力大小，取得了一定研究成果。但是，预应力压电测量法仍存在较大的局限性，不能广泛适用于多种类型、条件、环境的水声换能器预应力测试工作。
(1)预应力压电测量法不适用于小体积上的预应力测量
由于预应力压电测量法主要根据施加预应力前后压电材料上的电荷变化量与压电材料的压电方程建立，因此，预应力压电测量法对水声换能器压电材料体积的要求较高，即当压电材料的体积较小时，压电材料受到预应力施加所产生的电荷变化量也将比较小，此时受测量误差与环境因素的影响，使用仪器测量压电材料上电荷变化量的精度将比较低，进而使用预应力-压电方程计算预应力的精度也将比较低，容易产生较大误差，不利于精确预应力计算。
(2)预应力压电测量法不适用于小预应力施加下的预应力测量
在小预应力施加下，压电陶瓷材料由预应力施加所产生的电荷变化量将比较小，此时的电荷量测量将不精确，容易对预应力计算造成较大误差。
(3)预应力压电测量法受材料压电参数选取的影响较大
预应力压电测量法的计算需要结合压电陶瓷材料的压电参数进行，因此，压电陶瓷材料压电参数的选取将直接影响换能器上预应力的计算结果，不准确的压电参数将导致预应力计算结果的偏差。
(4)预应力压电测量法无法实现定向预应力测量
当压电陶瓷材料上存在多方向预应力施加时，压电陶瓷材料的总电荷变化量将由多方向预应力施加而共同产生。此时，由测试得到的总电荷变化量将无法指导换能器上定向预应力的计算工作。
(5)预应力压电测量法容易由于电荷的散失而无法使用
压电陶瓷材料在预应力施加下将会产生电荷累积，但是电荷的累积将可能因为电极间打火或电极间导通等因素而散失，此时，预应力测量工作将无法进行。
因此，为进一步提升水声换能器的大功率工作能力，提高水声换能器应力极限，验证精确预应力施加技术的准确性，应针对水声换能器开展预应力的精确测试研究，即基于应力测试系统在水声换能器上建立完善的换能器预应力测量方法。
特别地，圆管水声换能器是一种应用广泛的水声换能器，有着水平指向性均匀，电声转换效率高，结构简单等优点，被应用于多类水声项目。为实现圆管换能器上的大功率发射，常常需要对所有的圆管型发射换能器进行预应力施加，为了对圆管换能器上的预应力施加影响开展深入研究，就需要对圆管换能器上的预应力施加情况进行精确测量。因此，针对圆管换能器上的预应力开展精确测量工作就变得尤为重要。
在圆管换能器的预应力测量工作中，由于圆管型压电陶瓷的预应力施加面与测量面为光滑曲面，因此其预应力测量难度较其它类型换能器进一步增大，所以针对圆管换能器开展的预应力测试与研究工作将为其它类型水声换能器预应力的测试工作提供参考，其相关预应力测试技术也将具备更大参考价值。
由于使用预应力压电测量法对圆管换能器进行预应力测量时将会存在较多问题与较大局限性，因此，基于应力测试系统建立圆管换能器上的预应力测量方法将为压电陶瓷换能器上的预应力测量工作提供参考，并为其它类型换能器的预应力测量提供借鉴意义。
对于基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，目前没有发现与本发明同类技术存在，也没有发现有同类方法在文件与文献中存在。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法及系统。
根据本发明提供的一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；
步骤S2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；
步骤S3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；
步骤S4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；
步骤S5：使用单应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化；
步骤S6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；
步骤S7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；
步骤S8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P；
步骤S9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
优选地，所述步骤S1中的打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理。
优选地，所述步骤S2中的清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥。
优选地，所述步骤S3中调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒。
优选地，所述步骤S4中的导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接。
优选地，所述步骤S6中的胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带。
优选地，所述步骤S7中的启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定步骤包括在恒温恒湿环境中进行实验。
优选地，所述箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
本发明还提供一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；
模块M2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；
模块M3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；
模块M4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；
模块M5：使用单应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化；
模块M6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；
模块M7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；
模块M8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P；
模块M9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
优选地，所述模块M1中的打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理；
所述模块M2中的清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥；
所述模块M3中调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒；
所述模块M4中的导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接；
所述模块M6中的胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带；
所述模块M7中的启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定模块包括在恒温恒湿环境中进行实验；
所述箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、相比预应力压电测量法，本发明减小了其它因素的误差影响效果，提高了圆管换能器上的预应力测量精度；
2、本发明通过引入应力测试系统，结合应变片固定技术，实现了圆管换能器指定方向上的预应力测量，有利于以此为基础开展定向预应力测试工作；
3、本发明实现了圆管换能器预应力施加过程中的实时监控工作，这为换能器多步骤预应力施加提供了测试方法与手段，有利于预应力施加工作的进行；
4、本发明基于应力测试系统与单/多应变片测试方法，实现了圆管换能器上预应力的测量工作，测试系统与应变片测试方法的采用可以较好地适用于多种换能器的预应力测量工作，具备较大技术参考价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所使用应变片的结构图；
图2是本发明使用单应变片测量时的固定示意图；
图3是本发明使用双应变片测量时的固定示意图；
图4是本发明使用三应变片测量时的固定示意图；
图5是本发明固定应变片时的截面图；
图6是本发明使用应力测试系统得到的应变测量示数图；
图7是本发明的制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
根据本发明提供的一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理。
步骤S2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥。
步骤S3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒。
步骤S4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接。
步骤S5：使用单应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化。
步骤S6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带。
步骤S7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定步骤包括在恒温恒湿环境中进行实验。
步骤S8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P。
步骤S9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明还提供一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控系统，系统包括如下模块：
模块M1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理。
模块M2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥。
模块M3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒。
模块M4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接。
模块M5：使用单应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化。
模块M6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带。
模块M7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定模块包括在恒温恒湿环境中进行实验。
模块M8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P。
模块M9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
实施例3：
实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
本发明基于应力测试系统建立圆管换能器预应力监控方法，实现了高集成度、高精度、小漂移、高抗干扰、高可靠性的圆管换能器上预应力监测工作。为达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题，基于应力测试系统提供了一种圆管换能器预应力的监控技术方法，包括如下步骤：
步骤一、使用砂纸对如图1所示结构的箔式电阻应变片的基底层即粘接面进行轻微打磨，从而增加应变片基底层的粗糙程度，增强粘接能力，并使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片，保持粘接面的洁净；所使用砂纸打磨过程可以由钻头打磨，机器喷砂等粗糙化处理替代；
步骤二、使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并使用干燥箱保持压电陶瓷圆管表面的干燥，保持粘接处的洁净干燥；清洁溶剂可以由汽油，洗洁精等具备清洁作用的溶剂替代；干燥箱可以由高温烘箱，保温箱等恒温恒湿设备替代；
步骤三、使用洁净的圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整，调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度，便于进行后续粘接工作；圆棒可以由玻璃棒，塑料棒等圆棒替代；
步骤四、使用绝缘性能较好的导线作为应变片的电极引出线，防止应变片上正负极之间发生短路，使用刀片刮掉导线焊接端与测试端的少量油漆层，并使用焊锡将导线焊接端焊接在应变片电极上，实现应变片上电极的引出；导线可以由带有绝缘皮的细导线等具备电流传导特性和绝缘特性的导线替代；焊锡焊接电极与焊接端的过程可以由导电胶粘接等固定电极与焊接端的工艺替代；
步骤五、使用单应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿如图2所示预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿如图3至图4所示多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，使用风干机加速胶层的固化，实现应变片的布置与固定；
步骤六、将洁净的薄膜类绝缘材料裁剪至略大于应变片的大小，便于粘贴在应变片表面，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，使用风干机加速胶层的固化，实现应变片覆盖层的保护，完成如图5所示的截面图布置；胶水可以由环氧胶水或多组分胶水等粘接效果较好，固化速度较快的胶水替代；风干机加速固化处理可以由烘箱加热，干燥箱干燥等加速胶层固化处理替代；薄膜类绝缘材料可以由薄塑料膜，薄胶带等薄膜类绝缘材料替代；
步骤七、在预应力测试前提前1小时启动应力测试系统，预热应力测试系统，使应力测试系统更加稳定，并使用空调维持测试环境温度的稳定，防止温度变化对预应力测试结果造成误差；所提前1小时启动应力测试系统可以由启动一定时间，待应力测试系统完成暖机替代；空调维持测试环境温度的稳定步骤可以由在恒温恒湿环境中进行实验替代。
步骤八、在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取如图6所示测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P，为应力-应变计算进行数据采集；
步骤九、将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
本发明前述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，所述的所有步骤中的箔式电阻应变片均可以采用其他类型的应变片替代。
为了解决现有的圆管换能器预应力测试困难的问题，实现圆管换能器上预应力的精确测量，为其它类型换能器的预应力测量工作提供参考，本发明探索出一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法。
本发明采用应变仪与应变片等设备与工具，构建应力测试系统。由于在圆管换能器的预应力测量过程中，预应力测量面通常比较小，且圆管换能器表面为圆弧面，应变片应具备一定弯曲能力，从而较好地匹配使用场景。所以，本发明选择电阻应变片作为应力测量的工具。
电阻应变片也可简称为应变片，可以把测试所得应变变化量转变成电阻变化量，通过电阻变化量的检测实现应变测量工作。在电阻应变片的使用中，应通过粘接剂将应变片粘贴在被测对象上，此时被测对象所受外载荷效果将会转化到应变片栅丝中，从而实现应变片电阻值改变，从而实现应变测量工作。
应变片通常可以分为几个结构部分，即箔栅、基底、覆盖层、胶黏剂、引出线等，其中，依据电阻应变片上电阻丝的排列方式也可以将应变片区分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片等。电阻应变片主要具有粘接牢固，散热性能好，垂直方向效应系数小等优点，可以较好地适用于圆柱面上的应变测量工作，因此，本发明选用电阻应变片进行应力测量工具。
为采集分析电阻应变片上的应变数据，本发明使用静态应变测量系统进行应变量测量。静态应变测量系统可以准确实现应力测量的后处理工作，通过设置应变仪和平衡电桥一体化，具备了集成度高、精度高、可靠性高等优点。因此，静态应变测量系统的引入提升了圆管换能器预应力监控工作的精度与自动化程度。
同时，设计并采取措施提高应变测量精度，进而通过测试得到圆管换能器上的应变变化量ε，结合公式即可计算圆管换能器上的预应力P，式中，E代表圆管换能器的杨氏模量。
因此，本发明由应变片与静态应变测试系统共同组成应力测试系统，借此可以实现圆管换能器上的预应力监控工作。
使用应力测试系统进行圆管换能器上的预应力测量时，将可能受到三个方面的影响，本发明针对这三类测量影响提出方法，降低三种因素的影响：
(1)为减小测量位置对测量结果的影响，本发明在圆管换能器上选取并设置多个测量位置，通过在多个测量位置设置应变片，实现了多位置测量，减小了因测量位置差异产生的误差。
(2)为减小环境温度对测量结果的影响，本发明维持环境温度稳定，并通过预热静态应变测试系统，维持系统内各电子元器件性能的稳定，提高应力测试结果的精确程度。
(3)为减小静态应力测试系统偏移误差的影响，本发明引入基准参照组，通过设置基准参照组，确定预应力测试的基准值，在测试中通过对比测量值与基准值，避免静态应力测试系统偏移误差的影响。
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；
步骤S2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；
步骤S3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；
步骤S4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；
步骤S5：使用单应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试方法，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化；
步骤S6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；
步骤S7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；
步骤S8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P；
步骤S9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
2.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S1中的打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理。
3.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S2中的清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥。
4.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S3中调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒。
5.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S4中的导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接。
6.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S6中的胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带。
7.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述步骤S7中的启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定步骤包括在恒温恒湿环境中进行实验。
8.根据权利要求1所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控方法，其特征在于，所述箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
9.一种基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：对箔式电阻应变片基底层进行打磨，使用清洁溶剂清洗打磨后的应变片备用；
模块M2：使用清洁溶剂清洗压电陶瓷圆管的预应力测量面与箔式电阻应变片的粘接处，并保持压电陶瓷圆管表面的干燥；
模块M3：使用圆棒垂直于应变片的长度方向结合预应力测量面的程度进行应变片弯曲程度调整；
模块M4：将导线作为应变片的电极引出线，将导线焊接端与测试端的油漆层少量刮掉，并将导线焊接端焊接在应变片电极上；
模块M5：使用单应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将一个应变片的长度方向沿预应力的测试方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上；使用多应变片测试系统，则使用胶水涂抹在应变片的基底层，将多个应变片的长度方向沿多应变片测试布置方向粘接在压电陶瓷的预应力测试面上，等待胶水固化；
模块M6：将薄膜类绝缘材料裁剪至大于应变片的大小，在裁剪后的薄膜类绝缘材料基底层涂抹胶水，将薄膜类绝缘材料粘贴在应变片的覆盖层，等待胶水固化；
模块M7：在预应力测试前提前启动应力测试系统，并维持测试环境温度的稳定；
模块M8：在预应力施加过程中，使用应力测试系统连接并夹紧导线的测试端，读取测试结果即预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P；
模块M9：将预应力施加前应变P0与当前预应力施加应变P带入应力-应变计算公式，结合材料的杨氏模量，计算得到施加在圆管换能器上的精确预应力大小。
10.根据权利要求9所述的基于应力测试系统的圆管换能器预应力监控系统，其特征在于，所述模块M1中的打磨过程包括砂纸打磨、钻头打磨和机器喷砂粗糙化处理；
所述模块M2中的清洁溶剂包括酒精、汽油和洗洁精；通过干燥箱、高温烘箱和保温箱进行干燥；
所述模块M3中调节应变片的弯曲匹配于预应力测量面的弧度；圆棒包括金属棒、玻璃棒和塑料棒；
所述模块M4中的导线包括具备电流传导特性和绝缘特性的带有绝缘皮的细导线；焊锡焊接电极与焊接端的过程为固定电极与焊接端的工艺，包括导电胶粘接；
所述模块M6中的胶水包括环氧胶水和多组分胶水；通过烘箱加热和干燥箱干燥对胶水进行固化；薄膜类绝缘材料包括薄尼龙、薄塑料膜和薄胶带；
所述模块M7中的启动应力测试系统包括启动一定时间、待应力测试系统完成暖机；维持测试环境温度的稳定模块包括在恒温恒湿环境中进行实验；
所述箔式电阻应变片还包括其他类型的应变片。
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