一種基于pvdf的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，包括PVDF壓電薄膜、金屬墊板以及動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀；所述落錘試驗(yàn)機(jī)的錘頭設(shè)有內(nèi)腔，兩塊金屬墊板水平疊放并壓緊在所述錘頭的內(nèi)腔之中，所述PVDF壓電薄膜設(shè)置在兩塊金屬墊板之間將上下兩塊金屬墊板完全隔開，所述PVDF壓電薄膜以及金屬墊板分別與錘頭絕緣設(shè)置，所述錘頭側(cè)面設(shè)有接線孔，兩塊金屬墊板從所述接線孔引出導(dǎo)線，并通過放電電阻與所述動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀電連接。本實(shí)用新型將所述的PVDF壓電薄膜，夾在所述的兩片金屬墊板之間，作為落錘試驗(yàn)機(jī)的沖擊力測試傳感元件，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，測量精度高。
【專利說明】一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于沖擊力測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊加載試驗(yàn)往往需要根據(jù)不同的加載速度范圍，選擇相應(yīng)的加載方式。在高速沖擊加載時，采用分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)裝置、泰勒桿沖擊試驗(yàn)，或輕氣炮進(jìn)行加載，但對于實(shí)際工程中經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊問題，均屬于低速沖擊的范疇，對于這類問題進(jìn)行研究時，落錘沖擊試驗(yàn)更加簡單可靠，重復(fù)性好，通常被用來對應(yīng)變率在10_5/s?IOVs范圍內(nèi)施加沖擊荷載。落錘試驗(yàn)機(jī)是專門進(jìn)行落錘試驗(yàn)的裝置，由于能夠方便的控制沖擊能量的大小，被廣泛應(yīng)用于沖擊力學(xué)研究以及產(chǎn)品質(zhì)量控制等領(lǐng)域。
[0003]落錘試驗(yàn)機(jī)一般由質(zhì)量塊、錘頭、導(dǎo)軌、提升電機(jī)、錘頭釋放裝置、沖擊試驗(yàn)臺座等部分組成，質(zhì)量塊被安裝在錘頭上，當(dāng)錘頭提升到指定高度后，釋放錘頭，錘頭和質(zhì)量塊沿著導(dǎo)軌豎直下落，施加沖擊力于試件上，從而完成沖擊加載過程。施加的沖擊力往往是通過安裝在錘頭上的傳感器來捕捉，比如力傳感器，或者加速度傳感器，測試過程中，所需設(shè)備較多，測試系統(tǒng)成本較高。具體來說:對于力傳感器，測試時需要將力傳感器的輸出端接入動態(tài)應(yīng)變儀，然后將動態(tài)應(yīng)變儀接入動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀；對于加速度傳感器，要將加速度傳感器的輸出端接入電荷放大器，然后將電荷放大器接入動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，最后根據(jù)牛頓第二定律，將加速度值乘以錘頭質(zhì)量得到錘頭施加在試件上的沖擊力。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)目的是提供一種測試系統(tǒng)簡單可靠，成本低廉的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，以解決現(xiàn)有的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，沖擊力測試系統(tǒng)復(fù)雜，需要的測試儀器較多，成本較高的問題。
[0005]本實(shí)用新型利用PVDF (聚偏氟乙烯)材料的壓電效應(yīng)，提供了一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，包括PVDF壓電薄膜12、金屬墊板10以及動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀8 ;所述落錘試驗(yàn)機(jī)的錘頭I設(shè)有內(nèi)腔，兩塊金屬墊板10上下疊放并壓緊在所述錘頭I的內(nèi)腔之中，所述PVDF壓電薄膜12設(shè)置在兩塊金屬墊板10之間將上下兩塊金屬墊板完全隔開，所述PVDF壓電薄膜12以及金屬墊板分別與錘頭I絕緣設(shè)置，所述錘頭側(cè)面設(shè)有接線孔15，兩塊金屬墊板10從所述接線孔15引出導(dǎo)線，并通過放電電阻與所述動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀8電連接。
[0006]所述錘頭I的內(nèi)腔可沿錘頭上端面的中軸線銑出，錘頭I的上端面與錘頭連接法蘭2通過錘頭固定螺釘6連接將金屬墊板和PVDF壓電薄膜壓緊，所述錘頭連接法蘭2的上端連接質(zhì)量塊3。其中，所述錘頭連接法蘭2上端設(shè)有質(zhì)量塊承臺4，所述質(zhì)量塊3通過螺栓連接固設(shè)在所述質(zhì)量塊承臺4上，可調(diào)整設(shè)置不同數(shù)量的質(zhì)量塊實(shí)現(xiàn)錘頭重量的調(diào)整。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述PVDF壓電薄膜12兩面鍍銀。[0008]進(jìn)一步的，所述金屬墊板10與PVDF壓電薄膜接觸的一面涂抹導(dǎo)電膠增加與PVDF壓電薄膜的導(dǎo)電性，與錘頭接觸的另一面設(shè)置絕緣薄膜11。
[0009]所述絕緣薄膜11優(yōu)選聚酰亞胺薄膜。
[0010]進(jìn)一步的，所述金屬墊板10的側(cè)面與錘頭I的內(nèi)腔之間設(shè)置尼龍圈9，所述尼龍圈9上設(shè)有接線孔15。
[0011 ] 在本實(shí)用新型中，兩塊金屬墊板10的側(cè)面均設(shè)有螺孔14，所述金屬墊板10通過接線螺釘13引出導(dǎo)線。
[0012]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)線采用雙芯屏蔽導(dǎo)線。
[0013]在本實(shí)用新型中，所述放電電阻與PVDF壓電薄膜串聯(lián)，所述動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀8與所述放電電阻兩端電連接，測量的是放電電阻兩端的壓降。
[0014]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0015]I) PVDF壓電薄膜具有許多優(yōu)越的性能:該材料壓電系數(shù)高，在面對相同的應(yīng)力水平作用下，比壓電陶瓷輸出強(qiáng)度要高10倍以上；采用PVDF壓電薄膜作為敏感元件的傳感器具有極佳的信噪比，使得在實(shí)際測量中可以不需要噪聲過濾；該壓電薄膜具有納秒級的響應(yīng)速度、O?20GPa的寬幅測壓范圍，非常適合應(yīng)用于瞬態(tài)高壓的應(yīng)用領(lǐng)域，比如爆炸與沖擊作用下的應(yīng)力測試；而且PVDF具有極佳的柔韌性，可以方便的加工成各種形狀和厚度，機(jī)械強(qiáng)度高，耐久性好，質(zhì)量輕，成本低廉，可重復(fù)使用。本實(shí)用新型將所述的PVDF壓電薄膜，夾在所述的兩片金屬墊板之間，作為落錘試驗(yàn)機(jī)的沖擊力測試傳感元件，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠。
[0016]2) PVDF壓電薄膜在受到?jīng)_擊荷載作用時，可視為串聯(lián)著電容的電壓源，其中電壓源Vs代表PVDF薄膜，其輸出值與傳感器所經(jīng)受的應(yīng)力成正比；而PVDF薄膜的電容C?？梢砸暈橐粋€等效容抗，測量時與放電電阻R形成分壓電路。然而Ctl和R同樣構(gòu)成一個一階的RC振蕩電路，可以視為一個高通濾波器，過濾掉振動產(chǎn)生的低頻噪聲，最大程度的減小輸出信號中的干擾，測量精度高。
[0017]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為錘頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為錘頭內(nèi)部的測量裝置分解示意圖。
[0021 ] 圖4為PVDF壓電薄膜的測試電路圖。
[0022]圖中標(biāo)號:1_錘頭,2-錘頭連接法蘭，3-質(zhì)量塊，4-質(zhì)量塊承臺，5-質(zhì)量塊固定螺栓，6-錘頭固定螺釘，7-雙芯屏蔽導(dǎo)線，8-動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，9-尼龍圈，10-金屬墊板，11-絕緣薄膜，12-PVDF壓電薄膜，13-接線螺釘，14-螺孔，15-接線孔。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例
[0024]參見圖1至圖3，本實(shí)用新型提供的基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置包括PVDF壓電薄膜12、金屬墊板10以及動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀8 ;落錘試驗(yàn)機(jī)的錘頭I設(shè)有內(nèi)腔，兩塊金屬墊板10疊放在錘頭I的內(nèi)腔之中，PVDF壓電薄膜12設(shè)置在兩塊金屬墊板10之間分別與上下兩塊金屬墊板接觸，PVDF壓電薄膜12以及金屬墊板分別與錘頭I絕緣設(shè)置，錘頭側(cè)面設(shè)有接線孔15，兩塊金屬墊板10從接線孔15引出導(dǎo)線，并通過放電電阻與動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀8電連接。
[0025]所述錘頭I的上端面開設(shè)內(nèi)腔，錘頭I的上端面與錘頭連接法蘭2通過錘頭固定螺釘6連接，錘頭連接法蘭2的上端為質(zhì)量塊承臺4，質(zhì)量塊承臺4上通過質(zhì)量塊固定螺栓5固定沖擊質(zhì)量塊3。作為優(yōu)選方案，本實(shí)施例采用PVDF壓電薄膜作為敏感元件，PVDF壓電薄膜為厚度50 μ m，直徑為90mm的圓形，兩面鍍銀，并在金屬墊板10與PVDF壓電薄膜接觸面涂抹導(dǎo)電膠，保證良好的導(dǎo)電性能。金屬墊板10與錘頭接觸的另一面設(shè)置絕緣薄膜11，本實(shí)施例采用的是聚酰亞胺薄膜。為了防止兩塊金屬墊板與錘頭內(nèi)部發(fā)生接觸，造成PVDF壓電薄膜兩面短路，金屬墊板10的側(cè)面與錘頭I的內(nèi)腔之間設(shè)置絕緣的尼龍圈9，尼龍圈9上同樣設(shè)有接線孔15。兩塊金屬墊板10的側(cè)面均設(shè)有螺孔14，金屬墊板10通過接線螺釘13引出導(dǎo)線。
[0026]本實(shí)施例中，導(dǎo)線采用雙芯屏蔽導(dǎo)線7，放電電阻與PVDF壓電薄膜串聯(lián)構(gòu)成一個一階的RC振蕩電路。具體參見圖4，PVDF壓電薄膜12在受到?jīng)_擊荷載作用時，可視為串聯(lián)著電容的電壓源，其中電壓源Vs代表PVDF壓電薄膜，其輸出值與傳感器所經(jīng)受的應(yīng)力成正比；而PVDF壓電薄膜12的電容CO可以視為一個等效容抗，測量時與放電電阻R形成分壓電路。然而CO和R同樣構(gòu)成一個一階的RC振蕩電路，可以視為一個高通濾波器，過濾掉振動產(chǎn)生的低頻噪聲，最大程度的減小輸出信號中的干擾。兩塊金屬墊塊和PVDF壓電薄膜組成的核心組件的安裝軸線與錘頭沖擊力作用方向一致，接線螺釘上通過雙芯屏蔽導(dǎo)線連接放電電阻R。如圖2和圖4所示，PVDF壓電薄膜和放電電阻R共同組成放電電路，通過動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀記錄放電電阻R兩端的電壓信號，可以換算得到錘頭在沖擊加載過程中施加的沖擊力信號，具體的轉(zhuǎn)換關(guān)系是:
【權(quán)利要求】
1.一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:包括PVDF壓電薄膜(12)、金屬墊板(10)以及動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀(8);所述落錘試驗(yàn)機(jī)的錘頭(I)設(shè)有內(nèi)腔，兩塊金屬墊板(10)上下疊放并壓緊在所述錘頭(I)的內(nèi)腔之中，所述PVDF壓電薄膜(12)設(shè)置在兩塊金屬墊板(10)之間將上下兩塊金屬墊板完全隔開，所述PVDF壓電薄膜(12)以及金屬墊板分別與錘頭(I)絕緣設(shè)置，所述錘頭側(cè)面設(shè)有接線孔(15)，兩塊金屬墊板(10)從所述接線孔(15 )引出導(dǎo)線，并通過放電電阻與所述動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀(8 )電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述錘頭(I)的上端面開設(shè)內(nèi)腔，錘頭(I)的上端面與錘頭連接法蘭(2)通過錘頭固定螺釘(6 )連接，所述錘頭連接法蘭(2 )的上端連接質(zhì)量塊(3 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述錘頭連接法蘭(2)上端設(shè)有質(zhì)量塊承臺(4)，所述質(zhì)量塊(3)通過螺栓連接固設(shè)在所述質(zhì)量塊承臺(4)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述PVDF壓電薄膜(12)兩面鍍銀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述金屬墊板(10)與PVDF壓電薄膜接觸的一面涂抹導(dǎo)電膠，與錘頭接觸的另一面設(shè)置絕緣薄膜(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述絕緣薄膜(11)為聚酰亞胺薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述金屬墊板(10)的側(cè)面與錘頭(I)的內(nèi)腔之間設(shè)置尼龍圈(9)，所述尼龍圈(9)上設(shè)有接線孔(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:兩塊金屬墊板(10)的側(cè)面均設(shè)有螺孔(14)，所述金屬墊板(10)通過接線螺釘(13)引出導(dǎo)線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述導(dǎo)線采用雙芯屏蔽導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的一種基于PVDF的落錘試驗(yàn)機(jī)沖擊力測量裝置，其特征在于:所述放電電阻與PVDF壓電薄膜兩端串聯(lián)，所述動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀(8)與所述放電電阻兩端電連接用于檢測電壓信號。
【文檔編號】G01L5/00GK203672533SQ201320848670
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】孟一, 張曄芝 申請人:中南大學(xué)