專利名稱：沖擊力動態(tài)測量用pvdf壓電薄膜力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感器的力測量及其監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鍛造機、沖擊夯、冷鐓機等大量程沖擊力、慣性力動態(tài)測量用的壓電薄膜力傳感器，可用于測量沖擊過程中動態(tài)沖擊載荷監(jiān)測。
背景技術(shù)：
壓電式測量方式為大量程動態(tài)沖擊載荷的監(jiān)測提供了可靠的解決方法。目前國內(nèi)鍛壓設(shè)備只執(zhí)行機械式的往復(fù)動作，缺乏過程監(jiān)測；對于產(chǎn)品的監(jiān)測只能采用專用檢測器具在過程完成后進行的人工檢測方式，量具易磨損，監(jiān)測效率低，不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的成形缺陷和故障，監(jiān)測能力成為限制鍛壓設(shè)備生產(chǎn)效率的瓶頸。由高分子材料聚偏氟乙烯(PVDF)構(gòu)成的壓電薄膜壓電傳感器，利用其壓電常數(shù)高，頻率響應(yīng)寬，動態(tài)特性好，柔軟，厚度薄，可隨意彎曲韌性好，制成各種形狀，抗壓強度高等特點，并且壓電薄膜表面輸出的電荷量與垂直于其表面的壓力成正比關(guān)系。輸出則是通過單獨信號調(diào)理器或電荷轉(zhuǎn)換器傳送到讀出設(shè)備。中國專利申請?zhí)?00710084179提供了一種具有圓柱形殼體的力傳感器，該殼體可以通過垂直于其中軸線作用在該殼體上的力彈性變形。該殼體還具有空腔。在該空腔中布置了測量轉(zhuǎn)換器裝置，利用該測量轉(zhuǎn)換器裝置可以檢測殼體的變形。所述測量轉(zhuǎn)換器裝置具有薄片狀的支撐板，在其表面上固定了應(yīng)變測量轉(zhuǎn)換器。所述支撐板固定在空腔中，使殼體的變形傳遞到支撐板上。上海eTouch壓電薄膜式力傳感器是內(nèi)部儲存永久電荷的空洞型壓電薄膜傳感器，這種壓電薄膜不僅能保證其在承受微小振動有足夠高的靈敏度；而且也能保證其在承受巨大壓力載荷仍然處于彈性變形范圍。該產(chǎn)品廣泛用于聲學與超聲、醫(yī)療與健康，體育與休閑、控制與檢測、交通、人機界面、安防、物聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域。特點是高靈敏度、隨意剪裁、輕質(zhì)超薄、經(jīng)久耐用、價格低廉。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種用于沖擊力動態(tài)測量的PVDF壓電薄膜力傳感器，采用上下蓋支撐結(jié)構(gòu)；選用PVDF壓電薄膜作為傳感器力敏元件。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。一種用于沖擊力動態(tài)測量的PVDF壓電薄膜力傳感器，包括上蓋(I)，PVDF壓電薄膜(2)，下蓋(3)，導線(4)，密封圈一(9)，密封圈二(17)，連接螺釘(22)，預(yù)緊螺釘(23)。其特征是:采用上下蓋支撐結(jié)構(gòu)，上蓋(I)與下蓋(3)通過上蓋凹槽(15)和下蓋凸臺(16)相配合，PVDF壓電薄膜(2)放置在凸臺上表面(g)，PVDF壓電薄膜(2)上表面與凹槽下表面(a)接觸，PVDF壓電薄膜(2 )設(shè)有導線接頭(7 )，采用內(nèi)外密封圈一(9 )和密封圈二( 17 )，密封圈一(9)放置在定位凸臺(14)上表面(g)的密封圈槽一(8)內(nèi)，密封圈二(17)放置在下蓋(3)上表面(c’ )的密封圈槽二( 18)內(nèi)，通過安裝孔一(20)、安裝孔二(24)將上蓋(I),PVDF壓電薄膜(2 )，下蓋(3 )，密封圈一(9 )，密封圈二( 17 )用一組連接螺釘(27 )安裝在一起。所述安裝孔三(19 )、安裝孔四(26 )對上蓋(I)，下蓋(3 )，PVDF壓電薄膜(2 )，密封圈一(9 )，密封圈二( 17 )用一組預(yù)緊螺釘(28 )預(yù)緊。所述密封圈一(9)與定位凸臺上表面(g)和定位凹槽下表面(m)接觸,所述密封圈二(17)與下蓋上表面(c’ )和上蓋下表面(C)接觸。所述連接螺釘(27)為12個，所述預(yù)緊螺釘(28)為4個。本實用新型的有益效果是，在不需要外部激勵電源的情況下，通過PVDF壓電薄膜的壓電效應(yīng)，與讀出設(shè)備相連，不僅能測出大量程動態(tài)沖擊載荷，同時能及時方便的監(jiān)測鍛壓過程是否有缺陷產(chǎn)品產(chǎn)生；采用內(nèi)外兩個密封圈起到提高阻尼，降低沖擊的作用；采用上下蓋支撐結(jié)構(gòu)有效提高了對PVDF壓電薄膜的保護力度，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的上蓋仰視圖。圖3是本實用新型的下蓋俯視圖。圖4是本實用新型的上蓋仰視圖。圖5是本實用新型的裝配示意圖。圖中:1-傳感器上蓋，2-PVDF壓電薄膜，3_傳感器下蓋，4_導線，5_導線孔，6_上蓋導線槽，7-導線接頭，8-密封圈槽一，9-密封圈一，10-上蓋定位孔，11-上蓋定位凹槽，
12-下蓋定位孔，13_階梯孔，14-下蓋定位凸臺，15-上蓋凹槽，16-下蓋凸臺，17-密封圈二，18-密封圈槽二，19-安裝孔三，20-安裝孔一，21-傳感器定位孔一，22-連接螺釘階梯孔，23-預(yù)緊螺釘階梯孔，24-安裝孔二，25-傳感器定位孔二，26-安裝孔四，27-連接螺釘，28-預(yù)緊螺釘，a-上蓋凹槽下表面，a’ -下蓋凸臺上表面，C-上蓋下表面，c’ -下蓋上表面，e-下蓋側(cè)表面，m-上蓋定位凹槽下表面，g-下蓋定位凸臺上表面。
具體實施方式
參見圖1-圖5，上蓋(I)下表面(C)開有階梯狀的正方形凹槽(15)，凹槽下表面(a)開有導線槽(6)，下蓋(3)上表面(c’)開有階梯狀的正方形凸臺(16)，PVDF壓電薄膜
(2)放置在凸臺上表面(g)，PVDF壓電薄膜(2)上表面與凹槽下表面(a)接觸，上蓋下表面(c)與下蓋上表面(c’)不接觸，密封圈一(9)放置在定位凸臺(14)上表面(g)的密封圈槽一(8)內(nèi)，密封圈二(17)放置在下蓋(3)上表面(c’)的密封圈槽二(18)內(nèi)，下蓋側(cè)表面(e)開有半圓形導線孔(5)，上蓋凹槽下表面(a)開有導線槽(6)，導線(4)在導線槽(6)中與PVDF壓電薄膜(2)的導線接頭(7)相連，導線(3)另一端穿過導線孔(5)與外部設(shè)備相連，通過安裝孔一(20)、安裝孔二(24)將上蓋(1)，PVDF壓電薄膜(2)，下蓋(3)，密封圈一
(9)，密封圈二(17)用一組連接螺釘(27)安裝在一起，利用安裝孔三(19)、安裝孔四(26)對上蓋(1)，下蓋(3)，PVDF壓電薄膜(2)，密封圈一(9)，密封圈二(17)用一組預(yù)緊螺釘(28)預(yù)緊，通過傳感器定位孔一(21)、定位孔二(25)將安裝后的PVDF壓電薄膜固定到鍛壓設(shè)備上。上蓋(I)、下蓋(2)的材料均為45鋼，密封圈一(9 )和密封圈二( 17 )的材料為聚四氟乙烯，通過改變PVDF壓電薄膜(2)的最大直徑，達到不同量程動態(tài)沖擊載荷測量的效果。使用時，當傳感器上蓋(I)受力時，PVDF壓電薄膜(2)的壓電效應(yīng)能將作用力轉(zhuǎn)化成電荷的形式通過導線(4)輸出，經(jīng)電荷放大器放大后以電壓形式輸出，通過信號調(diào)理及A/D數(shù)據(jù)采集卡將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號后輸入計算機，通過計算機相應(yīng)軟件處理得到鋼動態(tài)沖擊載荷及鍛壓過程中載荷的變化曲線，從而對整個鍛壓過程進行監(jiān)測。
權(quán)利要求1.一種用于沖擊力動態(tài)測量的PVDF壓電薄膜力傳感器，包括上蓋(1)，PVDF壓電薄膜(2)，下蓋(3)，導線(4)，密封圈一(9)，密封圈二(17)，連接螺釘(27)，預(yù)緊螺釘(28)，其特征是:采用上下蓋支撐結(jié)構(gòu)，上蓋(I)與下蓋(3)通過上蓋凹槽(15)和下蓋凸臺(16)相配合，PVDF壓電薄膜(2)放置在凸臺上表面(g)，PVDF壓電薄膜(2)上表面與凹槽下表面(a)接觸，PVDF壓電薄膜(2)設(shè)有導線接頭(7)，采用內(nèi)外密封圈一(9)和密封圈二( 17)，密封圈一(9)放置在定位凸臺(14)上表面(g)的密封圈槽一(8)內(nèi)，密封圈二(17)放置在下蓋(3)上表面(c’)的密封圈槽二( 18)內(nèi)，通過安裝孔一(20)、安裝孔二(24)將上蓋(I),PVDF壓電薄膜(2 )，下蓋(3 )，密封圈一(9 )，密封圈二( 17 )用一組連接螺釘(27 )安裝在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PVDF壓電薄膜力傳感器，其特征是:通過安裝孔三(19)、安裝孔四(26)對上蓋(1)，下蓋(3)，PVDF壓電薄膜(2)，密封圈一(9)，密封圈二(17)用一組預(yù)緊螺釘(28)預(yù)緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PVDF壓電薄膜力傳感器，其特征是:密封圈一(9)與定位凸臺上表面(g)和定位凹槽下表面(m)接觸，密封圈二( 17)與下蓋上表面(c’)和上蓋下表面(c )接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PVDF壓電薄膜力傳感器，其特征是:所述連接螺釘(27)為12個，所述預(yù)緊螺 釘(28)為4個。
專利摘要本實用新型公開了一種用于沖擊力動態(tài)測量的PVDF壓電薄膜力傳感器，其特征在于包括上蓋，PVDF壓電薄膜，下蓋，導線，密封圈一，密封圈二，連接螺釘，預(yù)緊螺釘組成，上蓋下表面開有階梯狀的正方形凹槽，凹槽下表面開有導線槽，下蓋上表面開有階梯狀的正方形凸臺，PVDF壓電薄膜放置在凸臺上表面，PVDF壓電薄膜上表面與凹槽下表面接觸，上蓋下表面與下蓋上表面不接觸，密封圈一放置在定位凸臺上表面的密封圈槽一內(nèi)，密封圈二放置在下蓋上表面的密封圈槽二內(nèi)，下蓋側(cè)表面開有半圓形導線孔，上蓋凹槽下表面開有導線槽，導線在導線槽中與PVDF壓電薄膜的導線接頭相連，導線另一端穿過導線孔與外部設(shè)備相連，通過安裝孔一、安裝孔二將上蓋，PVDF壓電薄膜，下蓋，密封圈一，密封圈二用一組連接螺釘安裝在一起，利用安裝孔三、安裝孔四對上蓋，下蓋，PVDF壓電薄膜，密封圈一，密封圈二用一組預(yù)緊螺釘預(yù)緊。
文檔編號G01L5/00GK203163919SQ20132015187
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者張琦, 李映君, 馬汝建, 李國平, 孫選, 王桂從, 張輝 申請人:濟南大學