[发明专利]一种用于高应变场合的压电陶瓷传感元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于结构健康监测技术领域，尤其涉及一种用于高应变场合的压电陶瓷传感元件。

背景技术

目前，针对航空结构的结构健康监测研究变得日益重要。结构健康监测技术由传统无损检测技术发展而来，该技术利用集成在结构中的传感/驱动元件网络可对结构状态进行实时在线检测，可有效提高航空结构安全性、降低维护费用和延长服役周期。

压电陶瓷片（压电片）为一种常见的压电元件，具有尺寸小，重量轻和价格便宜的优点。而且，它基于正逆压电效应，可分别用作传感器和激励，所以在结构健康监测领域得到广泛的应用。

国内外研究者已把压电片用于主动Lamb波监测和被动撞击监测中。欧洲Airbus公司研制出了一套基于压电片的结构疲劳裂纹监测系统，并在A340-600上进行了测试，效果明显，2003年获得了英国国家测试技术大奖。为了便于安装，美国Acellent公司提出了智能夹层的压电片封装方式。

然而，在实际工程应用中，由于压电陶瓷的固有特性，压电片较脆，特别是其抗拉强度小，严重降低了它的高应变承受能力。目前，常通过优化压电陶瓷材料的成分来提高其机械性能，但是该种方式仍无法从根本上有效改善压电陶瓷易碎的特性，限制了压电陶瓷传感元件在高应变场合下的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于高应变场合的压电陶瓷传感元件，通过改进压电陶瓷传感元件的结构，使其适用于高应变监测场合。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于高应变场合的压电陶瓷传感元件，包括：相互独立且由不同材料制成的压电传感单元和中心填充单元，所述压电传感单元固定连接在中心填充单元的外部。

其中，所述压电传感单元和中心填充单元的上表面和下表面分别平齐。

其中，所述压电传感单元和中心填充单元的厚度范围为0.1mm～20mm。

其中，还包括连接在压电传感单元和中心填充单元下面的基体，所述基体由绝缘材料制成。

其中，所述压电传感单元在烧制过程中预加有压应力，用于增加压电传感单元的抗拉强度。

其中，所述压电传感单元固化连接于中心填充单元的外部。

其中，所述压电传感单元为环形结构，所述中心填充单元为圆柱形结构。

其中，所述压电传感单元的外径为6mm，内径为4.5mm。

其中，所述压电传感单元由压电陶瓷制成。

其中，所述中心填充单元的抗拉/压强度≥200Mpa。

本发明的有益效果是：所述高抗拉/压强度的中心填充单元、预制压应力的压电传感单元和弹性模量较小的基体，可分别承受分布于压电传感元件中间的最高应变、抵消和部分衰减被测结构传递过来的大应变，从而有效提高了压电陶瓷传感元件的高应变承受能力，使其适用于高应变监测场合。而且，与改进压电陶瓷成分的优化方式不同，本发明只通过优化压电陶瓷传感元件结构来提高其高应变承受能力，其环形压电传感单元采用普通的压电陶瓷，就可达到比现有技术更好的抗压和抗拉强度，便于选材，降低成本。

附图说明

图1是本发明具体实施方式1提供的用于高应变场合的压电陶瓷传感元件的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式1提供的用于高应变场合的压电陶瓷传感元件的试验仿真模型示意图。

图中：

1、压电传感单元；2、中心填充单元；3、基体；4、铝板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种用于高应变场合的压电陶瓷传感元件，包括：相互独立且由不同材料制成的压电传感单元1和中心填充单元2，所述压电传感单元1固定连接在中心填充单元2的外部。具体的，所述压电传感单元1固化连接于中心填充单元2的外部。

所述用于高应变场合的压电陶瓷传感元件还包括连接在压电传感单元1和中心填充单元2下面的基体3，所述基体3由绝缘材料制成，优选具有弹性模量较小的聚合物构成，用于部分衰减被测结构传递过来的大应变，从而可以有效提高该用于高应变场合的压电陶瓷传感元件的大应变承受能力。

具体的，所述压电传感单元1和中心填充单元2的上表面和下表面分别平齐。所述基体3的外缘与压电传感器的外部平齐。