一种剪切流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种剪切流传感器，包括一端设置有翼型探针的压电膜基体，压电膜基体表面密封粘贴有压电膜，压电膜的两端面分别连接有导线；压电膜的厚度为０．１～０．５ｍｍ，由ＰＶＤＦ、ＰＺＴ或ＰＴ其中的一种制成；压电膜基体的另一端密封套接有连接杆，通过黏合剂与连接杆内壁粘结，连接杆内部设置有用于引出导线的空腔，压电膜基体外部设置有保护套，保护套通过锁母与连接杆固定。本发明专利技术能够利用压电膜材料的压电效应测量海洋湍流强度，从而研究海洋湍流效应，同时其各方面的性能均优于普通的压电陶瓷传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，具体的说，是涉及一种利用压电材料测量海洋湍流变化的传 感器。
技术介绍
湍流研究是海洋科学研究的重要领域，湍流对海水的动量、热量和质量输运有重要贡 献，对海水运动速度、温盐持性及水中溶解态、颗粒态物质的分布有显著影响，微结构即 小尺度的湍流运动是产生海洋宏观现象的原动力。人们对湍流效应的研究是通过建立相应的数学模型来进行模拟的。在这些模型中，湍 流的动能耗散率是重要参数，它直接影响所建立模型对海洋宏观运动模拟的精确程度。海 水剪切流速数据是研究海水湍流运动规律和获取动能耗散率的重要原始资料，也就是说， 动能耗散率的获取主要依靠海洋剖面的微结构流剪切数据，而目前获取数据的有效和可靠 手段是使用剪切流传感器。目前国内对剪切流传感器的研究较为落后，基本处于空白状态；而国外也只有德国、 加拿大、美国、日本等少数国家掌握剪切流传感器及相关测量技术，基本上是利用压电陶 瓷传感器进行测量。压电陶瓷是能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于压电 材料的一种，压电材料在受到压力作用下会发生极化而在两端表面间出现电位差，电荷量 与压力成正比。压电陶瓷传感器即是利用压电陶瓷的压电特性直接做检测使用。尽管压电 陶瓷传感器拥有诸多优点，但是在使用过程中也暴露出一些由于材料本身所导致的缺陷， 例如压电陶瓷的变形量较小，因此容易折断等。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够利用压电膜材料的压电效应测量海洋湍流 强度，从而研究海洋湍流效应的剪切流传感器，同时其各方面的性能均优于普通的压电陶 瓷传感器。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现一种剪切流传感器，包括一端设置有探针的压电膜基体，所述压电膜基体表面密封粘 贴有压电膜，所述压电膜的两端面分别连接有导线。 所述压电膜由PVDF、 PZT或者PT其中的一种制成。 所述压电膜的厚度为0. 1 0. 5rara。 所述压电膜粘贴在压电膜基体的单面或者双面。 所述探针为翼型探针。所述压电膜基体由铝合金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一种制成。 所述压电膜基体的另一端密封套接有连接杆，所述连接杆内部设置有用于引出导线的 空腔。所述压电膜基体外部设置有保护套，所述保护套通过锁母与连接杆固定。 所述压电膜基体通过黏合剂与连接杆内壁粘结。 所述连接杆外部设置有密封槽。 本专利技术的有益效果是-(1) 本剪切流传感器经标定并确定灵敏度后可以用来测量海洋湍流效应，对于研究 海洋微观运动具有重要意义当传感器受到海洋湍流作用时，其内部压电材料 发生变形产生电荷，而电荷数量与海洋湍流作用力呈线性关系，电荷信号被采 集和处理用以有效测量海洋湍流数据。(2) 本专利技术优选使用的压电膜材料是PVDF， PVDF压电膜本身具有化学稳定性、 低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力的特点① 其化学稳定性比陶瓷高10倍，在8(TC以下可长期使用；② 其质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；③ 其在厚度方向的伸縮振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷； 因此，基于PVDF压电膜结构的剪切流传感器具有不易损坏、灵敏度高、稳定性 好的优点。(3) 本专利技术端部采用翼型探针，这种特殊的形状使得探针部分受力均匀，水动力学 性能好。(4) 本专利技术造价较为低廉，适于大范围推广使用。附图说明图1是本专利技术的总装结构示意图； 图2是本专利技术的压电膜基体结构图。图中 连接杆——1密封槽——2 导线——3锁母——4黏合剂——5 压电膜——6压电膜基体——7保护套——8 探针——9具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述本专利技术公开了一种剪切流传感器，利用压电膜材料的压电效应测量海洋湍流作用力。如图2所示，本专利技术主要包括表面密封粘贴有压电膜6的压电膜基体7，所述压电膜基体 7的一端设置有探针9。所述压电膜基体7通常为片状结构，所述压电膜6粘贴在压电膜基体7的单面或者双 面，当粘贴在双面时，测试信号将会相应加强，因此通常情况下单面粘贴即可。压电膜6 与压电膜基体7之间须紧密粘贴无缝隙，做到密封的状态。所述压电膜6的厚度通常在 0. 1 0. 5mm的范围内。所述压电膜6是一种高分子传感材料，能够相对于压力或拉伸力的变化输出电荷信号， 具有压电效应。所谓压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时， 其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后， 它又会恢复到不带电的状态，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。本专利技术所 使用的压电膜6由PVDF、 PZT或者PT其中的一种制成。较为优选的压电膜6材料为PVDF， 其作为压电膜6具有不易损坏、灵敏度高、稳定性好等优点。所述压电膜基体7不仅对压电膜6有保护和支撑的作用，还能够在外力的作用下与压电膜6共同发生形变。所述压电膜基体7为具有一定弹性的元件，可以是金属材料制成，也可以是非金属材料制成，较为常用的材料有铝合金等金属材料或者聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚烯基甲醚(PVM)等其他塑料材料。所述探针9用于首先接受外界作用力，所述探针9优选为翼型探针，翼型即前端圆滑，外形类似子弹头形状。翼型探针9受力均匀，水动力学性能好，因此对外力的传递较为稳定和准确。如图1所示，所述压电膜6的两端面分别连接有导线3。所述导线3从压电膜6的上、 下表面引出，用以连接到电路板上，将压电膜6因压力或拉伸力产生的电荷信号输送到电 路板，然后通过相关软件的采集和处理得到海洋湍流数据。再如图1所示，所述压电膜基体7的另一端外部套接有连接杆1，所述连接杆1内部 设置有用于引出导线3的空腔。所述连接杆1与压电膜基体7须密封连接，因此最好的固 定方式是所述压电膜基体7通过黏合剂5与连接杆1内壁粘结。这里较为优选的黏合剂5为环氧树脂，环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环 氧基团的有机高分子化合物，其粘附力较强，对各种物质均具有很高的粘附力，并且其固 化时收缩性低，产生的内应力小，也有助于提高粘附强度。另外，固化后的环氧树脂体系 具有优良的力学性能、具有优良的绝缘性能、化学稳定性、尺寸稳定性好。因此，环氧树 脂不仅可以将压电膜基体7与连接杆1粘接固定，而且黏合之后会比较硬，还能够对压电 膜基体7起到一定的支撑作用，实现压电膜基体7与连接杆1之间密封完好，同时绝缘、 耐腐蚀、性能稳定。所述连接杆1外部还设置有密封槽2。剪切流传感器通过连接杆1安装在传感器搭载 平台上时，在密封槽2内嵌入密封圈，以防止海水进入传感器载体。所述压电膜基体7外部还设置有保护套8，所述保护套8通过锁母4与连接杆1固定。 所述保护套8不仅对压电膜基体7有一定的保护作用，更重要的是能够限制压电膜基体7 出现较大位移。本专利技术的剪切流传感器在工作时，先将剪切流传感器安装在传感器载体平台上，传感 器跟随载体做水平或竖直运动，分别测量海洋竖直或水平方向湍流运动。压电膜基体7将 海洋湍流作用在探针9上的力传递给压电膜6，使压电膜6变形而产生电荷信号，电荷信 号通过载体内的电路板处理采集，再通过相关软件对数据进行处理运算，最终得到相关海 域海洋微观运动数据。尽管上面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种剪切流传感器，其特征在于，包括一端设置有探针的压电膜基体，所述压电膜基体表面密封粘贴有压电膜，所述压电膜的两端面分别连接有导线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树新，谷磊，王延辉，王子龙，王玉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]