專利名稱：一種剪切流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體的說(shuō)，是涉及一種利用壓電材料測(cè)量海洋湍流變化的傳 感器。
背景技術(shù)：
湍流研究是海洋科學(xué)研究的重要領(lǐng)域，湍流對(duì)海水的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量輸運(yùn)有重要貢 獻(xiàn)，對(duì)海水運(yùn)動(dòng)速度、溫鹽持性及水中溶解態(tài)、顆粒態(tài)物質(zhì)的分布有顯著影響，微結(jié)構(gòu)即 小尺度的湍流運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生海洋宏觀現(xiàn)象的原動(dòng)力。人們對(duì)湍流效應(yīng)的研究是通過(guò)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行模擬的。在這些模型中，湍 流的動(dòng)能耗散率是重要參數(shù)，它直接影響所建立模型對(duì)海洋宏觀運(yùn)動(dòng)模擬的精確程度。海 水剪切流速數(shù)據(jù)是研究海水湍流運(yùn)動(dòng)規(guī)律和獲取動(dòng)能耗散率的重要原始資料，也就是說(shuō)， 動(dòng)能耗散率的獲取主要依靠海洋剖面的微結(jié)構(gòu)流剪切數(shù)據(jù)，而目前獲取數(shù)據(jù)的有效和可靠 手段是使用剪切流傳感器。目前國(guó)內(nèi)對(duì)剪切流傳感器的研究較為落后，基本處于空白狀態(tài)；而國(guó)外也只有德國(guó)、 加拿大、美國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家掌握剪切流傳感器及相關(guān)測(cè)量技術(shù)，基本上是利用壓電陶 瓷傳感器進(jìn)行測(cè)量。壓電陶瓷是能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于壓電 材料的一種，壓電材料在受到壓力作用下會(huì)發(fā)生極化而在兩端表面間出現(xiàn)電位差，電荷量 與壓力成正比。壓電陶瓷傳感器即是利用壓電陶瓷的壓電特性直接做檢測(cè)使用。盡管壓電 陶瓷傳感器擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在使用過(guò)程中也暴露出一些由于材料本身所導(dǎo)致的缺陷， 例如壓電陶瓷的變形量較小，因此容易折斷等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠利用壓電膜材料的壓電效應(yīng)測(cè)量海洋湍流 強(qiáng)度，從而研究海洋湍流效應(yīng)的剪切流傳感器，同時(shí)其各方面的性能均優(yōu)于普通的壓電陶 瓷傳感器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種剪切流傳感器，包括一端設(shè)置有探針的壓電膜基體，所述壓電膜基體表面密封粘 貼有壓電膜，所述壓電膜的兩端面分別連接有導(dǎo)線。 所述壓電膜由PVDF、 PZT或者PT其中的一種制成。 所述壓電膜的厚度為0. 1 0. 5rara。 所述壓電膜粘貼在壓電膜基體的單面或者雙面。 所述探針為翼型探針。所述壓電膜基體由鋁合金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一種制成。 所述壓電膜基體的另一端密封套接有連接桿，所述連接桿內(nèi)部設(shè)置有用于引出導(dǎo)線的 空腔。所述壓電膜基體外部設(shè)置有保護(hù)套，所述保護(hù)套通過(guò)鎖母與連接桿固定。 所述壓電膜基體通過(guò)黏合劑與連接桿內(nèi)壁粘結(jié)。 所述連接桿外部設(shè)置有密封槽。 本發(fā)明的有益效果是-(1) 本剪切流傳感器經(jīng)標(biāo)定并確定靈敏度后可以用來(lái)測(cè)量海洋湍流效應(yīng)，對(duì)于研究 海洋微觀運(yùn)動(dòng)具有重要意義當(dāng)傳感器受到海洋湍流作用時(shí)，其內(nèi)部壓電材料 發(fā)生變形產(chǎn)生電荷，而電荷數(shù)量與海洋湍流作用力呈線性關(guān)系，電荷信號(hào)被采 集和處理用以有效測(cè)量海洋湍流數(shù)據(jù)。(2) 本發(fā)明優(yōu)選使用的壓電膜材料是PVDF， PVDF壓電膜本身具有化學(xué)穩(wěn)定性、 低吸濕性、高熱穩(wěn)定性、高抗紫外線輻射能力、高耐沖擊、耐疲勞能力的特點(diǎn)① 其化學(xué)穩(wěn)定性比陶瓷高10倍，在8(TC以下可長(zhǎng)期使用；② 其質(zhì)地柔軟、重量輕，與水的聲阻抗相近，匹配狀態(tài)好，應(yīng)用靈敏度高；③ 其在厚度方向的伸縮振動(dòng)的諧頻率很高，可以得到較寬的平坦響應(yīng)，頻響寬度遠(yuǎn)優(yōu)于普通壓電陶瓷； 因此，基于PVDF壓電膜結(jié)構(gòu)的剪切流傳感器具有不易損壞、靈敏度高、穩(wěn)定性 好的優(yōu)點(diǎn)。(3) 本發(fā)明端部采用翼型探針，這種特殊的形狀使得探針部分受力均勻，水動(dòng)力學(xué) 性能好。(4) 本發(fā)明造價(jià)較為低廉，適于大范圍推廣使用。


圖1是本發(fā)明的總裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的壓電膜基體結(jié)構(gòu)圖。圖中 連接桿——1密封槽——2 導(dǎo)線——3鎖母——4黏合劑——5 壓電膜——6壓電膜基體——7保護(hù)套——8 探針——9具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述本發(fā)明公開了一種剪切流傳感器，利用壓電膜材料的壓電效應(yīng)測(cè)量海洋湍流作用力。如圖2所示，本發(fā)明主要包括表面密封粘貼有壓電膜6的壓電膜基體7，所述壓電膜基體 7的一端設(shè)置有探針9。所述壓電膜基體7通常為片狀結(jié)構(gòu)，所述壓電膜6粘貼在壓電膜基體7的單面或者雙 面，當(dāng)粘貼在雙面時(shí)，測(cè)試信號(hào)將會(huì)相應(yīng)加強(qiáng)，因此通常情況下單面粘貼即可。壓電膜6 與壓電膜基體7之間須緊密粘貼無(wú)縫隙，做到密封的狀態(tài)。所述壓電膜6的厚度通常在 0. 1 0. 5mm的范圍內(nèi)。所述壓電膜6是一種高分子傳感材料，能夠相對(duì)于壓力或拉伸力的變化輸出電荷信號(hào)， 具有壓電效應(yīng)。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)， 其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后， 它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。本發(fā)明所 使用的壓電膜6由PVDF、 PZT或者PT其中的一種制成。較為優(yōu)選的壓電膜6材料為PVDF， 其作為壓電膜6具有不易損壞、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。所述壓電膜基體7不僅對(duì)壓電膜6有保護(hù)和支撐的作用，還能夠在外力的作用下與壓電膜6共同發(fā)生形變。所述壓電膜基體7為具有一定彈性的元件，可以是金屬材料制成，也可以是非金屬材料制成，較為常用的材料有鋁合金等金屬材料或者聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚烯基甲醚(PVM)等其他塑料材料。所述探針9用于首先接受外界作用力，所述探針9優(yōu)選為翼型探針，翼型即前端圓滑，外形類似子彈頭形狀。翼型探針9受力均勻，水動(dòng)力學(xué)性能好，因此對(duì)外力的傳遞較為穩(wěn)定和準(zhǔn)確。如圖1所示，所述壓電膜6的兩端面分別連接有導(dǎo)線3。所述導(dǎo)線3從壓電膜6的上、 下表面引出，用以連接到電路板上，將壓電膜6因壓力或拉伸力產(chǎn)生的電荷信號(hào)輸送到電 路板，然后通過(guò)相關(guān)軟件的采集和處理得到海洋湍流數(shù)據(jù)。再如圖1所示，所述壓電膜基體7的另一端外部套接有連接桿1，所述連接桿1內(nèi)部 設(shè)置有用于引出導(dǎo)線3的空腔。所述連接桿1與壓電膜基體7須密封連接，因此最好的固 定方式是所述壓電膜基體7通過(guò)黏合劑5與連接桿1內(nèi)壁粘結(jié)。這里較為優(yōu)選的黏合劑5為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán) 氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，其粘附力較強(qiáng)，對(duì)各種物質(zhì)均具有很高的粘附力，并且其固 化時(shí)收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，也有助于提高粘附強(qiáng)度。另外，固化后的環(huán)氧樹脂體系 具有優(yōu)良的力學(xué)性能、具有優(yōu)良的絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性好。因此，環(huán)氧樹 脂不僅可以將壓電膜基體7與連接桿1粘接固定，而且黏合之后會(huì)比較硬，還能夠?qū)弘?膜基體7起到一定的支撐作用，實(shí)現(xiàn)壓電膜基體7與連接桿1之間密封完好，同時(shí)絕緣、 耐腐蝕、性能穩(wěn)定。所述連接桿1外部還設(shè)置有密封槽2。剪切流傳感器通過(guò)連接桿1安裝在傳感器搭載 平臺(tái)上時(shí)，在密封槽2內(nèi)嵌入密封圈，以防止海水進(jìn)入傳感器載體。所述壓電膜基體7外部還設(shè)置有保護(hù)套8，所述保護(hù)套8通過(guò)鎖母4與連接桿1固定。 所述保護(hù)套8不僅對(duì)壓電膜基體7有一定的保護(hù)作用，更重要的是能夠限制壓電膜基體7 出現(xiàn)較大位移。本發(fā)明的剪切流傳感器在工作時(shí)，先將剪切流傳感器安裝在傳感器載體平臺(tái)上，傳感 器跟隨載體做水平或豎直運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)量海洋豎直或水平方向湍流運(yùn)動(dòng)。壓電膜基體7將 海洋湍流作用在探針9上的力傳遞給壓電膜6，使壓電膜6變形而產(chǎn)生電荷信號(hào)，電荷信 號(hào)通過(guò)載體內(nèi)的電路板處理采集，再通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理運(yùn)算，最終得到相關(guān)海 域海洋微觀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以 作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種剪切流傳感器，其特征在于，包括一端設(shè)置有探針的壓電膜基體，所述壓電膜基體表面密封粘貼有壓電膜，所述壓電膜的兩端面分別連接有導(dǎo)線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜由PVDF、 PZT 或者PT其中的一種制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜的厚度為O. l 0. 5mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜粘貼在壓電 膜基體的單面或者雙面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述探針為翼型探針。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體由鋁合 金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一種制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體的另一 端密封套接有連接桿，所述連接桿內(nèi)部設(shè)置有用于引出導(dǎo)線的空腔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體外部設(shè) 置有保護(hù)套，所述保護(hù)套通過(guò)鎖母與連接桿固定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體通過(guò)黏 合劑與連接桿內(nèi)壁粘結(jié)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述連接桿外部設(shè)置有 密封槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剪切流傳感器，包括一端設(shè)置有翼型探針的壓電膜基體，壓電膜基體表面密封粘貼有壓電膜，壓電膜的兩端面分別連接有導(dǎo)線；壓電膜的厚度為0.1～0.5mm，由PVDF、PZT或PT其中的一種制成；壓電膜基體的另一端密封套接有連接桿，通過(guò)黏合劑與連接桿內(nèi)壁粘結(jié)，連接桿內(nèi)部設(shè)置有用于引出導(dǎo)線的空腔，壓電膜基體外部設(shè)置有保護(hù)套，保護(hù)套通過(guò)鎖母與連接桿固定。本發(fā)明能夠利用壓電膜材料的壓電效應(yīng)測(cè)量海洋湍流強(qiáng)度，從而研究海洋湍流效應(yīng)，同時(shí)其各方面的性能均優(yōu)于普通的壓電陶瓷傳感器。
文檔編號(hào)G01M10/00GK101629868SQ200910070138
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者玉 王, 王子龍, 王延輝, 王樹新, 磊 谷 申請(qǐng)人:天津大學(xué)