一种用于结构健康监测的压电晶片的安装方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于结构健康监测用传感器领域，涉及用于结构健康监测的压电晶片的安装方法和装置，其特征在于，将压电晶片放在压电晶片座和被测结构表面之间，用一个开口部分贴合在被测结构表面的凹形腔体把压电晶片座扣在内部，并通过凹形腔体内的弹簧将压电晶片座压迫在被测结构表面，使压电晶片紧贴在被测结构表面；凹形腔的壳体采用密封材料，壳体上设有可封闭的气孔，通过气孔减小密闭腔体内气压，使凹形腔体紧密吸附在被测结构表面。本发明专利技术采用真空吸附安装方式，压电晶片可方便地被拆卸、更换、调换位置，其压紧力具有可重复性和均一性，实现了机动式的结构健康监测，提高了监测与诊断效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构健康监测用传感器领域，涉及用于结构健康监测的压电晶片的安 装方法和装置。
技术介绍
结构健康监测是一种在线无损检测技术，被广泛应用于航空航天、土木机械等工 程结构，用于及时发现结构损伤破坏，提高结构安全性、延长产品服役寿命、降低运行和维 护成本。现有的结构健康监测系统主要由以下几部分组成1)以压电晶片为核心元件、用 于发射和接受检测信号的传感器；2)数据采集和处理系统；3)数据传输和损伤诊断系统。作为结构健康监测系统的核心部件，压电晶片的安装方法对系统性能有重要影 响。现有的压电晶片的安装方法，有粘贴式和嵌入式两种，采用这两种方法，压电晶片的布 置位置一旦确定的，是无法改变的，在传感器数量不是足够多的情况下，某些部位的损伤是 无法监测到的，即存在监测盲点。这两种方式还存在以下问题1)粘接界面不均一，造成 压电晶片与待测结构之间的能量传递不均一，因而需要大量实验进行校核；2)粘接界面与 压电晶片寿命低于结构寿命，且不可替换；3)传感器位置固定，因而需要大量的传感器以 覆盖整个待测结构，造成结构重量增加；4)嵌入式安装方式一般是将压电晶片集成于结构 中，影响了结构完整性，也不适用于薄壳结构，若传感器发生故障，不易查找和更换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可方便拆卸、更换的结构健康监测用压电晶片的安装方 法及其装置，使压电晶片的安装位置可灵活选择、移动，压电晶片与被测结构能量耦合具有 重复性和均一性，从而实现机动式的结构健康监测。本专利技术的技术方案如下—种用于结构健康监测的压电晶片的安装方法，其特征在于，将压电晶片夹放在 压电晶片座和被测结构表面之间，用一个开口部分紧密吸附在被测结构表面的凹形腔体把 压电晶片座扣在内部，并通过凹形腔体内的弹簧向被测结构表面压迫压电晶片座，使压电 晶片紧贴在被测结构表面；凹形腔的壳体采用密封材料，壳体上设有可封闭的气孔，凹形腔 体的开口部分采用可吸附在被测结构表面的材料。所述弹簧的两端可以安装连接在压电晶片座与凹形腔体内表面之间，也可以分别 套放或卡放在压电晶片座表面和凹形腔体内表面所设置的凸台或凹槽里，弹簧的自然伸缩 方向与凹形腔体的开口端面相垂直，也就是与被测结构表面相垂直；压电晶片座与弹簧相 连接后，在弹簧自然状态下伸出凹形腔体的开口端面，压电晶片座朝向被测结构的表面可 以设有一个或两个以上用于放置压电晶片的凹槽，凹槽的深度小于压电晶片的厚度，将压 电晶片放在凹槽位置，再压到被测结构表面，使受压后的压电晶片表面能与被测结构表面 紧密贴合。测量时可以在各个凹槽里分别放置一个压电晶片，也可以根据需要选择其中的凹槽放置压电晶片。本方法利用真空吸附原理，先将凹形腔体开口部分贴合在被测结构表面，构成带 有可封闭气孔的密闭腔体，弹簧在密闭腔体内呈压缩状态，顶在凹形腔体和压电晶片座之 间，压迫压电晶片座，使压电晶片紧贴在被测结构表面，然后通过气孔减小密闭腔体内气 压，使凹形腔体紧密吸附在被测结构表面，压电晶片持续紧贴在被测结构表面，利用压电晶 片收发诊断信号，实现结构健康监测。减小密闭腔体内气压可以通过抽真空装置或密闭活塞装置，也可以采用可变形凹 形腔体。采用抽真空装置时，凹形腔体上的气孔上装有气嘴，与抽真空装置相连接，先将凹 形腔体的开口贴合在被测结构表面形成带有气孔和气嘴的密闭腔体，再用抽真空装置抽去 密闭腔体内的空气，使凹形腔体紧密吸附在被测结构表面，然后封闭气嘴。采用密闭活塞时，将凹形腔体上的气孔与密闭活塞装置相连通，将凹形腔体的开 口贴合在被测结构表面形成密闭腔体后，向外拉动活塞，密闭腔体内的气压减小，使凹形腔 体紧密吸附在被测结构表面，然后固定活塞位置，使其保持在增大气体空间、减小气压的状 态。采用可变形凹形腔体，通过凹形腔体弹性变形减小密闭腔体气压时，需要增大能 与被测结构表面吸附的开口部分、即吸附软体在凹形腔体中的所占比例，使吸附软体占凹 形腔壳体的大部分面积。挤压吸附软体，使其弹性变形贴合在被测结构表面，然后封闭气 孔，待吸附软体部分恢复形状后，密闭腔体内的气体体积增大，气压减小，使凹形腔体紧密 吸附在被测结构表面。凹形腔体的开口部分可以采用弹性材料，例如丁腈橡胶、聚氨酯或含乙烯基的聚 合物材料等，对于表面比较粗糙的被测结构可以选用硅橡胶，对于具有耐油性或应避免被 划伤的被测结构表面，可以选用丁腈橡胶。可根据凹形腔体的形状、大小以及弹簧的伸缩 度，选择弹簧弹性系数，使其弹力小于吸附力。用于本专利技术安装方法的装置，其特征在于，主要由凹形腔硬体、凹形腔吸附软体、 压电晶片座、压电晶片、弹簧构成，凹形腔硬体和凹形腔吸附软体分别采用密封材料和可与 被测结构表面吸附的密封材料，并紧密结合构成密封的凹形腔体，凹形腔吸附软体在凹形 腔体的开口处，凹形腔硬体上设有可封闭的气孔，弹簧的两端分别与压电晶片座和凹形腔 硬体连接，弹簧的伸缩方向与凹形腔体的开口端面相垂直；压电晶片座平行于凹形腔体开 口端面的截面积小于凹形腔体的开口端面面积，其高度小于凹形腔体的高度，在弹簧受压 缩后压电晶片座可置于凹形腔体内，在弹簧自然状态下压电晶片座伸出凹形腔体的开口端 面，压电晶片座朝向被测结构的表面设有一个或两个以上用于放置压电晶片的凹槽，凹槽 的深度小于压电晶片的厚度。凹形腔硬体的气孔上可以安装气嘴，将装置吸附到被测结构表面时把气嘴与抽真 空装置相连接，气孔也可以与密闭活塞装置相连通。凹形腔硬体上的气孔与密闭活塞装置相连通时，可以将活塞装置的活塞筒安装在 凹形腔体外部，在活塞筒上开两个U型槽，活塞在活塞筒底部时，活塞手柄在U型槽里，沿着 U型槽向外拉动活塞手柄移出U形槽后，再转动手柄使其卡放在活塞筒边缘，使活塞保持在 增大气体空间后的状态。压电晶片座与凹形腔硬体之间可以安装一个伸出凹形腔体的中空导杆，中空导杆 与压电晶片座之间为固定连接，与凹形腔硬体之间装有密封圈，凹形腔硬体和密封圈可沿 中空导杆移动，弹簧套在中空导杆上，其位置、长度和伸缩方向与未安装中空导杆的装置相 同，中空导杆伸出凹形腔体部分的端点可以封闭，也可以将中空导杆的中空部分作为气孔， 而无需在凹形腔硬体上再开设气孔，气孔上可以安装气嘴，将装置吸附到被测结构表面时 把气嘴与抽真空装置相连接；压电晶片座以及凹形腔硬体与中空导杆接触部分均可作成中 空凸台形式，其中压电晶片座的中空凸台可以带有内螺纹，与中空导杆配合连接；凹形腔体 受压后，同密封圈一起沿中空导杆向被测结构滑动，密封圈使凹形腔体保持密封状态。本专利技术装置采用抽真空装置或活塞装置减小气压、吸附凹形腔体时，凹形腔体的 吸附软体一般只起到紧密贴合到被侧结构表面的作用，凹形腔体可以主要由硬体构成。当利用凹形腔体变形减小密闭腔体内气压，从而产生吸附力时，凹形腔吸附软体 占凹形腔壳体的大部分面积，受挤压后可大幅度弹性变形。采用可大幅度弹性变形吸附软体时，装置可以采用上述中空导杆结构，并且在凹 形腔硬体外部安装一个密封套筒，套在中空导杆伸出凹形腔部分的外部，中空导杆上固定 安装一个环状密封滑块，密封滑块在密封套筒和中空导杆之间，既起密封作用，又可以随中 空导杆沿密封套筒内壁滑动，当凹形腔吸附软体恢复部分形状时，带动密封套筒向上滑动， 而中空导杆因弹簧压缩不会随着一同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于结构健康监测的压电晶片的安装方法，其特征在于，将压电晶片夹放在压电晶片座和被测结构表面之间，用一个开口部分紧密吸附在被测结构表面的凹形腔体把压电晶片座扣在内部，并通过凹形腔体内的弹簧向被测结构表面压迫压电晶片座，使压电晶片紧贴在被测结构表面；凹形腔的壳体采用密封材料，壳体上设有可封闭的气孔，凹形腔体的开口部分采用可吸附在被测结构表面的材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武湛君，王奕首，柳敏静，高东岳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]