[实用新型]一种可消除横向应变影响的传感器

说明书

技术领域

实用新型涉及一种可消除横向应变影响的传感器，属于传感器的技术领域。 

背景技术

压电材料既能作为传感元件，又能作为激励元件，具有压电常数大，灵敏度高；制备容易，响应频率高、成本低廉、受环境温度湿度等条件影响小等特点，具有广阔的应用前景，已经大量应用于实际工程。 

实际工程中常用的压电传感器通常分为1-3型压电传感器和3-3型压电传感器。其区别在于：1-3型压电传感器在粘贴使用时，其极化方向垂直于目标结构表面，当目标结构表面应变发生变化时，压电传感器通过1-3方向的压电效应，在电极积累电荷，起到传感作用；而1-3型压电传感器在粘贴使用时，其极化方向平行于目标结构表面，当目标结构表面应变发生变化时，压电传感器通过3-3方向的压电效应，在电极积累电荷，起到传感作用。 

在实际工程应用中，常常需要对目标结构表面的特定方向的应变变化进行监测。而传统压电传感器的上述特性使得其输出电荷中既包含了目标方向的应变变化产生的电荷分量，又包含了横向应变变化产生的电荷分量。 

这就要求有一种新型的压电动态应变传感器，能够仅对目标结构表面特定方向的应变变化进行传感，在电极积累电荷，而对横向的应变变化不敏感。 

实用新型内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可以有效消除目标结构横向应变变化影响从而仅对特定方向应变变化敏感并起到传感作用的压电动态应变传感器。该传感器的输出电荷信号消除了横向应变的影响，仅反应结构表面特定方向的应变变化情况。 

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案： 

本发明可消除横向应变影响的压电动态应变传感器，其特征在于该传感器由并排放置的1-3型压电应变传感器和3-3型压电应变传感器组成，1-3型压电应变传感器的电极面上下放置，3-3型压电应变传感器的电极面横向放置，1-3型压电应变传感器电极的正极与3-3型压电应变传感器电极的正极连接构成所述压电动态应变传感器的正输出端，1-3型压电应变传感器电极的负极与3-3型压电应变传感器电极的负极连接构成所述压电动态应变传感器的负输出端，所述压电动态应变传感器由柔性薄膜封装，所述1-3型压电应变传感器和3-3型压电应变传感器的电极面积满足以下条件： 

条件a)： 

S_Pa/S_Pb＝-(d₃₁+μ_pd₃₃)/(d₃₁+μ_pd₃₁)， 

或条件b)： 

S_Pa/S_Pb＝-(d₃₃+μ_pd₃₁)/(d₃₁+μ_pd₃₁)， 

其中，S_pa为1-3型压电传感器电极面积，S_pa为3-3型压电传感器电极面积，μ_p为压电材料泊松比，d₃₁为1-3型压电传感器的应变压电常数，d₃₃为3-3型压电应变传感器的应变压电常数；所述1-3型压电应变传感器和3-3型压电应变传感器采用压电材料或超导材料制成。 

本发明具有如下优点：(1)提供了一种可消除横向应变影响的压电动态应变传感器的实现方法，并提供了有确切公式表达的消除横向应变影响的条 件；(2)当工程实际结构中需要监测变化较快的单方向的应变变化情况时，电阻应变片由于高频响应能力不足而无法实现，而传统的压电应变传感器则由于难以消除横向应变的影响也同样无法实现，本发明很好地解决了这一工程实际需要；(3)本发明成本低廉，仅需一对特定尺寸的1-3型和3-3型压电传感器即可实现；(4)操作简便，仅需将1-3型压电传感器和3-3型压电传感器的正负极分别连接即可作为总体输出；(5)以上优点非常适合实际工程，尤其是对高速变化的结构表面应变变化进行在线监测的场合的应用。 

附图说明

图1(a)、图1(b)是压电应变传感器的粘贴与工作原理示意图，其中(a)为1-3型压电应变传感器，(b)为3-3型压电应变传感器，图中标记说明如下：x-y平面为结构表面所在平面，z方向为平面法向，ε_x，ε_y为结构表面应变沿x、y方向的两正交分量，灰色面为压电应变传感器的电极。