[发明专利]一种谐振式声传感器的开发方法

说明书

本发明公开了一种谐振式声传感器的开发方法，涉及传感器开发技术领域。计算目标传感器的特定频率；根据压电晶体的静态和动态特性设计所述目标传感器的结构；通过建模和物理场仿真分析，对设计的所述目标传感器结构进行评估和修正；通过压电结构和机械结构的设计与仿真，达到降低传感器的开发难度、降低传感器研发成本的目的。

技术领域

本发明涉及传感器开发技术领域，更具体的说是涉及一种谐振式声传感器的开发方法。

背景技术

声发射传感器(AE Sensor)由于可以接收材料或结构内部的声发射信号，因此常用于对压力容器、储罐等多种类型结构的监测工作。声发射传感器的性能直接决定了检测结果的准确率。目前在声发射信号的检测中最常用的就是谐振式声发射传感器，这也是本文所设计的传感器的基础，本文采用结构更为简单的单端传感器，更大程度上缩小传感器的体积。

作为声发射检测系统的重要组成部分，声发射传感器的性能对系统整体的检测精度产生了重要的影响。目前在工程中使用的传感器中大多将压电元件作为传感元件，使用最多的传感器元件是石英、铌酸锂等。它们的响应灵敏度更高，性能更稳定，是目前声发射传感器中常用的压电材料。

检测金属管道泄漏的场地一般都是在户外，检测时周围的噪声是不可避免的，目前市面上的低频传感器频率带都比较宽，影响了检测信号的准确性，而传统声发射传感器价格较高，易损坏也局限了声发射技术的推广使用，因此降低传感器研发成本，降低传感器的开发难度，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种谐振式声传感器的开发方法，以达到降低传感器的开发难度、降低传感器研发成本的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种谐振式声传感器的开发方法，所述谐振式声传感器的开发方法包括以下步骤：

计算目标传感器的特定频率；

根据压电晶体的静态和动态特性设计所述目标传感器的结构；

通过建模和物理场仿真分析，对设计的所述目标传感器的结构进行评估和修正；

选择遗传算法进行对传感器进行多参数模型优化，将所述目标传感器与现有谐振式声发射传感器进行对比，验证所述目标传感器的性能。

所述计算目标传感器的特定频率的方法：

在现有的窄带声传感器基础上，通过计算目标传感器特定频率，在频率范围内找到共振点，利用声带凸起分布的特点对声传感器的模型进行频率限制，保留范围内的信号频率。

所述目标传感器的结构的设计方法的具体步骤为：

建立所述目标传感器的压电结构动力学模型，并且在基于正交试验的理论基础上利用声压等级分布得到共振结构；

利用AutoCAD、SolidWorks软件绘制出具有共振结构的窄带声传感器模型；

基于数值分析设计所述目标传感器的机械结构。

所述压电结构的设计方法包括压电结构设计方法和机械结构设计方法。

所述目标传感器的压电结构的设计方法的具体步骤为：

计算得到传感器的固有频率f₀，再分别计算模型刚度各影响因素的固有频率；