CN208313416U - 一种夹持式pvdf压电薄膜水介质冲击波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，包括条形PVDF膜(1)，PVDF膜(1)一端上下两侧为隔离的金属电极(2)，金属电极(2)分别连有电极引线(3)，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳(9)；PVDF膜(1)另一端设置在夹持组件(4)之间，电极引线(3)的尾端引线(5)与电阻(6)并联，继而尾端引线(5)与同轴电缆(7)相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳(11)；聚乙烯外壳(9)和金属外壳(11)组成一个密闭空间，内填充有硅油(8)。本实用新型响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用；指向性明确，无冲击波覆盖延迟效应，膜片振动模式单一，有效避免了不确定性系统偏差。

Description

一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器

技术领域

本实用新型涉及冲击波传感器，具体的说是一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器。

背景技术

冲击波测试一直是水中和水下爆破工程和爆破实验需要解决的重点问题之一。目前,水介质冲击波传感器中所用的敏感元件多为电气石、压电石英和压电陶瓷等。这类晶体型压电传感器在进行水介质冲击波测量时，首先存在其敏感元件本身和水介质之间波阻抗失谐的问题；其次，由于晶体强度导致其测试的量程有限。对于锰铜计，由于记录的信号一般只持续几个微秒，难以获得较长时间的压力时程曲线。在水介质冲击波近场测试中，存在传感器容易被雷管碎片和炸药爆轰产物损坏的问题。

PVDF(中文名为聚偏氟乙烯，下文简称为PVDF)材料可挠曲、韧性好、线性好、稳定性好、居里温度较高（90℃-102℃）、物理化学性能稳定、寿命长、热扩散系数小及生产和应用成本相对低。而PVDF压电薄膜频率响应范围宽、背景谐振噪声低、信号清晰、声阻抗与水接近、耐冲击性强、可以加工成任意形状；因而PVDF压电薄膜传感器在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域应用十分广泛，相关技术已经比较成熟。

在水介质冲击波压力测量中，需要一种响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用的水下爆炸冲击波传感器。而夹心式PVDF压电薄膜传感器由于其特有的结构形式致使传感器指向性不明显，冲击波覆盖产生延迟效应以及膜片振动模式复杂，测试结果存在不确定性系统偏差。

如申请号为2013106459971，名称为压电薄膜型水下爆炸压力传感器及其测量方法的发明专利申请，公开了一种用于水下爆炸压力测量的压电薄膜型传感器，将夹心式压电薄膜压力计放置在充满硅油的软管中，该软管两端由塑料塞密封，从上部塑料塞细通孔中引出延导线，并在所述软管的外壁面上缠绕柔韧细线。该方案存在的缺陷在于：作为敏感元件的压电薄膜在夹心式压电薄膜压力计中、夹心式压电薄膜压力计在软管中均为悬浮状态，而软管仅有传感器上方的绳索配合传感器悬挂配重控制其测试位置，无法保证作为敏感元件的压电薄膜指向爆源（即压电薄膜与冲击波传播方向垂直）。压电薄膜指向的随意性，将由于冲击波覆盖延迟效应和复杂振动模式导致不确定性系统偏差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，以夹持式PVDF压电薄膜作为传感器的敏感元件，该传感器具有明确的指向性。在操作过程中，该传感器可以固定并使压电薄膜与冲击波传播方向垂直，可以避免由于压电薄膜指向偏差，冲击波覆盖延迟效应和复杂振动模式导致的不确定性系统偏差。

本实用新型夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，包括条形PVDF膜，PVDF膜一端上下两侧为隔离的金属电极，金属电极分别连有电极引线，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳；PVDF膜另一端设置在夹持组件之间，电极引线的尾端引线与电阻并联，继而尾端引线与同轴电缆相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳；聚乙烯外壳和金属外壳组成一个密闭空间，内填充有硅油。

所述金属电极为将PVDF膜端部掩膜腐蚀或光蚀刻后得到的。

夹持组件与金属外壳端部之间采用环氧树脂填充，金属外壳尾端同轴电缆伸出处采用环氧树脂填充。

夹持组件为两块平行等大的有机玻璃板或薄铜板。

本实用新型的有益效果在于：相对于电气石、压电石英和压电陶瓷等晶体型压电传感器来说，本实用新型响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用；由于本实用新型指向性明确，无冲击波覆盖延迟效应，膜片振动模式单一，有效避免了不确定性系统偏差。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中，1为PVDF膜，2为金属电极，3电极引线，4为夹持组件，5为尾端引线，6为电阻，7为同轴电缆，8为硅油，9为聚乙烯外壳，10为环氧树脂，11为金属外壳。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明。如图1所示，一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，包括条形PVDF膜1，PVDF膜1一端上下两侧为隔离的金属电极2，金属电极2分别连有电极引线3，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳9；PVDF膜1另一端设置在夹持组件4之间，电极引线3的尾端引线5与电阻6并联，继而尾端引线5与同轴电缆7相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳11；聚乙烯外壳9和金属外壳11组成一个密闭空间，内填充有硅油8。

所述金属电极2为将PVDF膜1端部掩膜腐蚀或光蚀刻去掉多余金属层后得到的，所述金属电极2的形状和面积可以根据需要进行调整。

夹持组件4与金属外壳11端部之间采用环氧树脂10填充，金属外壳11尾端同轴电缆7伸出处采用环氧树脂10填充。

夹持组件4为两块平行等大的有机玻璃板或薄铜板。

本实用新型是这样实现的：

1）选择较厚规格的工业PVDF压电薄膜，裁剪PVDF压电薄膜为长方形，并将边缘修剪整齐；采用掩膜腐蚀或光蚀刻等方法去掉膜片两边多余的金属层，得到金属电极2，并引出电极引线3；注意PVDF膜1两侧的金属电极2的电极引线3要错开引出；

2）夹持：用两片比裁剪后膜片稍宽的长方形有机玻璃板夹持膜片去掉两边多余金属层的部分；有机玻璃板一端预先黏贴带引线5的铜箔，用703硅胶或者氰基丙烯酸脂类胶粘剂将膜片与有机玻璃板粘在一起，注意膜片中心线与有机玻璃板中心线重合；并使膜片金属电极2一端外露一定的长度；膜片另一端的两面的电极引线3分别与两片有机玻璃板上的铜箔接触；对有机玻璃板均匀施加压力并保持数分钟使各处粘结牢靠并利用接触处的应力保证电极引线3和铜箔可靠连接；

3）用万用表进行电阻、电压测量，该传感器要求电阻尽可能的大（万欧姆以上）、电压为 0；若符合要求，继续下一步；若不符合要求，进行排查重新从步骤1）做起；

4）将步骤2）中的铜箔与50Ω电阻并联并连接同轴电缆装入不锈钢制作的圆筒状外壳中，将步骤2）中的有机玻璃板与壳体之间用环氧树脂填充，待环氧树脂固化，即完成了PVDF压电薄膜的夹持与固定；然后，在不锈钢外壳尾部填充环氧树脂并待其固化；

5）密封与防水：将适量的硅油缓慢注入尖头圆平聚乙烯塑料管中，在传感器不锈钢外壳头部外表面上涂抹适量快速粘合胶水；将传感器不锈钢外壳与塑料管对接，注意使膜片与塑料管平面平行并排除管中的气泡，然后等待胶水固化；至此传感器制作完成；

6）平稳放置24h以后，放入水中用万用表进行测试，传感器要求电阻大（万欧姆以上）、电压为0；若不符合，返回步骤4），重新进行密封、防水处理，直到符合要求；

7）对传感器进行标定。

步骤2）还可以采用薄铜板夹持，具体步骤为：用两片比裁剪后膜片稍宽的长方形薄铜板夹持膜片去掉两边多余金属层的部分；用703硅胶或者氰基丙烯酸脂类胶粘剂将膜片与薄铜板粘在一起，注意膜片中心线与薄铜板中心线重合；并使膜片金属层一端外露一定的长度；涂抹胶水时注意保证膜片引线与薄铜板之间的导通及薄铜板之间的绝缘；对薄铜板均匀施加压力并保持数分钟使各处粘结牢靠并利用接触处的应力保证引线和薄铜板可靠连接。

对应步骤4）具体为：将步骤2）中的薄铜板与50Ω电阻并联并引出尾端引线连接同轴电缆装入不锈钢制作的圆筒状外壳中，将薄铜板与壳体之间用环氧树脂填充，待环氧树脂固化，即完成了PVDF压电薄膜的夹持与固定；然后，在不锈钢外壳尾部填充环氧树脂并待其固化。

Claims (4)

1.一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，其特征在于：包括条形PVDF膜，PVDF膜一端上下两侧为隔离的金属电极，金属电极分别连有电极引线，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳；PVDF膜另一端设置在夹持组件之间，电极引线的尾端引线与电阻并联，继而尾端引线与同轴电缆相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳；聚乙烯外壳和金属外壳组成一个密闭空间，内填充有硅油。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述金属电极为将PVDF膜端部掩膜腐蚀或光蚀刻后得到的。

3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：夹持组件与金属外壳端部之间采用环氧树脂填充，金属外壳尾端同轴电缆伸出处采用环氧树脂填充。

4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：夹持组件为两块平行等大的有机玻璃板或薄铜板。