[发明专利]基于挠曲电原理具有自检测功能的传输管道

权利要求书

1.基于挠曲电原理具有自检测功能的传输管道，其特征在于：包括圆环形管道(1)、位于圆环形管道(1)环形内腔内外侧的外侧电极(2)和内侧电极(3)，电荷放大器(4)以及信息采集和后处理部分(5)；圆环形管道(1)中心腔体用于传输液体和气体，电荷放大器(4)负端与圆环形管道(1)的内侧电极(3)相连，电荷放大器(4)正端与圆环形管道(1)的外侧电极(2)均接地，电荷放大器(4)输出端与信息采集和后处理部分(5)相连；当圆环形管道(1)无损坏、外部无载荷，流体正常在圆环形管道(1)内传输时，圆环形管道(1)不会产生电荷，无电荷信号通过内侧电极(3)传输至电荷放大器(4)，电荷放大器(4)无输出；当圆环形管道(1)由于缺陷在正常使用时突然断裂或圆环形管道(1)受到冲击载荷、周期载荷时，由于挠曲电效应的存在，圆环形管道(1)会发生极化，产生极化电荷，通过圆环形管道外侧电极(2)和内侧电极(3)传输至电荷放大器(4)，电荷放大器(4)输出电压信号至信息采集和后处理部分(5)，通过对比电压信号能够得知圆环形管道(1)破坏或受到载荷的位置。

2.根据权利要求1所述的基于挠曲电原理具有自检测功能的传输管道，其特征在于：所述圆环形管道(1)的材料根据实际情况选择，圆环形管道(1)正常工作时会产生大变形时，选用弹性模量较小、高伸展性的材料；当不希望圆环形管道(1)变形时，选用弹性模量大的材料。

3.根据权利要求1所述的基于挠曲电原理具有自检测功能的传输管道，其特征在于：所述圆环形管道(1)材料为介电常数大于1的分子结构具有中心对称性的电介质材料，且不具备压电效应。

4.根据权利要求3所述的基于挠曲电原理具有自检测功能的传输管道，其特征在于：所述电介质材料是力电功能材料，其具有挠曲电效应，由挠曲电效应导致的极化强度为：

其中P_l为极化强度、μ_ijkl为挠曲电系数、e_ij为应变、为应变梯度、x_l为位置坐标；

因此，当圆环形管道(1)由于缺陷在正常使用时突然断裂或圆环形管道(1)受到冲击载荷、周期载荷时，由于挠曲电效应的存在，产生极化电荷Q；

圆环形管道(1)受载位置视为电荷源，产生极化电荷Q，而极化电荷Q将通过两侧的圆环形管道(1)传输至电荷放大器(4)，极化电荷Q两侧圆环形管道(1)等效为两部分电容为：

其中C₁、C₂分别为极化电荷Q两侧的圆环形管道(1)等效的电容，ε为圆环形管道(1)的介电常数，S为电极等效面积，d为圆环形管道(1)厚度，L₁、L₂分别为极化电荷Q处至圆环形管道(1)左右端的距离；

极化电荷Q两侧的圆环形管道(1)对应的极化电荷Q₁，Q₂分别传输至电荷放大器(4)中：

经由电荷放大器(4)放大后，V_out1与V_out2的关系为：

其中V_out1、V_out2分别为极化电荷Q₁、Q₂经过电荷放大器(4)后的输出电压；

因此，根据V_out1与V_out2的比值确定圆环形管道(1)缺陷或者受外载作用的位置，从而实现电介质材料传输管道的自检测。