專利名稱：一種剪切流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體的說，是涉及一種利用壓電材料測量海洋湍流變化的傳 感器。
背景技術：
湍流研究是海洋科學研究的重要領域，湍流對海水的動量、熱量和質量輸運有重要貢 獻，對海水運動速度、溫鹽持性及水中溶解態(tài)、顆粒態(tài)物質的分布有顯著影響，微結構即 小尺度的湍流運動是產生海洋宏觀現象的原動力。人們對湍流效應的研究是通過建立相應的數學模型來進行模擬的。在這些模型中，湍 流的動能耗散率是重要參數，它直接影響所建立模型對海洋宏觀運動模擬的精確程度。海 水剪切流速數據是研究海水湍流運動規(guī)律和獲取動能耗散率的重要原始資料，也就是說， 動能耗散率的獲取主要依靠海洋剖面的微結構流剪切數據，而目前獲取數據的有效和可靠 手段是使用剪切流傳感器。目前國內對剪切流傳感器的研究較為落后，基本處于空白狀態(tài)；而國外也只有德國、 加拿大、美國、日本等少數國家掌握剪切流傳感器及相關測量技術，基本上是利用壓電陶 瓷傳感器進行測量。壓電陶瓷是能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料，屬于壓電 材料的一種，壓電材料在受到壓力作用下會發(fā)生極化而在兩端表面間出現電位差，電荷量 與壓力成正比。壓電陶瓷傳感器即是利用壓電陶瓷的壓電特性直接做檢測使用。盡管壓電 陶瓷傳感器擁有諸多優(yōu)點，但是在使用過程中也暴露出一些由于材料本身所導致的缺陷， 例如壓電陶瓷的變形量較小，因此容易折斷等。發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠利用壓電膜材料的壓電效應測量海洋湍流 強度，從而研究海洋湍流效應的剪切流傳感器，同時其各方面的性能均優(yōu)于普通的壓電陶 瓷傳感器。為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下的技術方案予以實現一種剪切流傳感器，包括一端設置有探針的壓電膜基體，所述壓電膜基體表面密封粘 貼有壓電膜，所述壓電膜的兩端面分別連接有導線。 所述壓電膜由PVDF、 PZT或者PT其中的一種制成。 所述壓電膜的厚度為0. 1 0. 5rara。 所述壓電膜粘貼在壓電膜基體的單面或者雙面。 所述探針為翼型探針。所述壓電膜基體由鋁合金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一種制成。 所述壓電膜基體的另一端密封套接有連接桿，所述連接桿內部設置有用于引出導線的 空腔。所述壓電膜基體外部設置有保護套，所述保護套通過鎖母與連接桿固定。 所述壓電膜基體通過黏合劑與連接桿內壁粘結。 所述連接桿外部設置有密封槽。 本發(fā)明的有益效果是-(1) 本剪切流傳感器經標定并確定靈敏度后可以用來測量海洋湍流效應，對于研究 海洋微觀運動具有重要意義當傳感器受到海洋湍流作用時，其內部壓電材料 發(fā)生變形產生電荷，而電荷數量與海洋湍流作用力呈線性關系，電荷信號被采 集和處理用以有效測量海洋湍流數據。(2) 本發(fā)明優(yōu)選使用的壓電膜材料是PVDF， PVDF壓電膜本身具有化學穩(wěn)定性、 低吸濕性、高熱穩(wěn)定性、高抗紫外線輻射能力、高耐沖擊、耐疲勞能力的特點① 其化學穩(wěn)定性比陶瓷高10倍，在8(TC以下可長期使用；② 其質地柔軟、重量輕，與水的聲阻抗相近，匹配狀態(tài)好，應用靈敏度高；③ 其在厚度方向的伸縮振動的諧頻率很高，可以得到較寬的平坦響應，頻響寬度遠優(yōu)于普通壓電陶瓷； 因此，基于PVDF壓電膜結構的剪切流傳感器具有不易損壞、靈敏度高、穩(wěn)定性 好的優(yōu)點。(3) 本發(fā)明端部采用翼型探針，這種特殊的形狀使得探針部分受力均勻，水動力學 性能好。(4) 本發(fā)明造價較為低廉，適于大范圍推廣使用。


圖1是本發(fā)明的總裝結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的壓電膜基體結構圖。圖中 連接桿——1密封槽——2 導線——3鎖母——4黏合劑——5 壓電膜——6壓電膜基體——7保護套——8 探針——9具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述本發(fā)明公開了一種剪切流傳感器，利用壓電膜材料的壓電效應測量海洋湍流作用力。如圖2所示，本發(fā)明主要包括表面密封粘貼有壓電膜6的壓電膜基體7，所述壓電膜基體 7的一端設置有探針9。所述壓電膜基體7通常為片狀結構，所述壓電膜6粘貼在壓電膜基體7的單面或者雙 面，當粘貼在雙面時，測試信號將會相應加強，因此通常情況下單面粘貼即可。壓電膜6 與壓電膜基體7之間須緊密粘貼無縫隙，做到密封的狀態(tài)。所述壓電膜6的厚度通常在 0. 1 0. 5mm的范圍內。所述壓電膜6是一種高分子傳感材料，能夠相對于壓力或拉伸力的變化輸出電荷信號， 具有壓電效應。所謂壓電效應是指某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時， 其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后， 它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。本發(fā)明所 使用的壓電膜6由PVDF、 PZT或者PT其中的一種制成。較為優(yōu)選的壓電膜6材料為PVDF， 其作為壓電膜6具有不易損壞、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。所述壓電膜基體7不僅對壓電膜6有保護和支撐的作用，還能夠在外力的作用下與壓電膜6共同發(fā)生形變。所述壓電膜基體7為具有一定彈性的元件，可以是金屬材料制成，也可以是非金屬材料制成，較為常用的材料有鋁合金等金屬材料或者聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚烯基甲醚(PVM)等其他塑料材料。所述探針9用于首先接受外界作用力，所述探針9優(yōu)選為翼型探針，翼型即前端圓滑，外形類似子彈頭形狀。翼型探針9受力均勻，水動力學性能好，因此對外力的傳遞較為穩(wěn)定和準確。如圖1所示，所述壓電膜6的兩端面分別連接有導線3。所述導線3從壓電膜6的上、 下表面引出，用以連接到電路板上，將壓電膜6因壓力或拉伸力產生的電荷信號輸送到電 路板，然后通過相關軟件的采集和處理得到海洋湍流數據。再如圖1所示，所述壓電膜基體7的另一端外部套接有連接桿1，所述連接桿1內部 設置有用于引出導線3的空腔。所述連接桿1與壓電膜基體7須密封連接，因此最好的固 定方式是所述壓電膜基體7通過黏合劑5與連接桿1內壁粘結。這里較為優(yōu)選的黏合劑5為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán) 氧基團的有機高分子化合物，其粘附力較強，對各種物質均具有很高的粘附力，并且其固 化時收縮性低，產生的內應力小，也有助于提高粘附強度。另外，固化后的環(huán)氧樹脂體系 具有優(yōu)良的力學性能、具有優(yōu)良的絕緣性能、化學穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性好。因此，環(huán)氧樹 脂不僅可以將壓電膜基體7與連接桿1粘接固定，而且黏合之后會比較硬，還能夠對壓電 膜基體7起到一定的支撐作用，實現壓電膜基體7與連接桿1之間密封完好，同時絕緣、 耐腐蝕、性能穩(wěn)定。所述連接桿1外部還設置有密封槽2。剪切流傳感器通過連接桿1安裝在傳感器搭載 平臺上時，在密封槽2內嵌入密封圈，以防止海水進入傳感器載體。所述壓電膜基體7外部還設置有保護套8，所述保護套8通過鎖母4與連接桿1固定。 所述保護套8不僅對壓電膜基體7有一定的保護作用，更重要的是能夠限制壓電膜基體7 出現較大位移。本發(fā)明的剪切流傳感器在工作時，先將剪切流傳感器安裝在傳感器載體平臺上，傳感 器跟隨載體做水平或豎直運動，分別測量海洋豎直或水平方向湍流運動。壓電膜基體7將 海洋湍流作用在探針9上的力傳遞給壓電膜6，使壓電膜6變形而產生電荷信號，電荷信 號通過載體內的電路板處理采集，再通過相關軟件對數據進行處理運算，最終得到相關海 域海洋微觀運動數據。盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技 術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以 作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種剪切流傳感器，其特征在于，包括一端設置有探針的壓電膜基體，所述壓電膜基體表面密封粘貼有壓電膜，所述壓電膜的兩端面分別連接有導線。
2. 根據權利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜由PVDF、 PZT 或者PT其中的一種制成。
3. 根據權利要求l所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜的厚度為O. l 0. 5mm。
4. 根據權利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜粘貼在壓電 膜基體的單面或者雙面。
5. 根據權利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述探針為翼型探針。
6. 根據權利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體由鋁合 金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一種制成。
7. 根據權利要求1所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體的另一 端密封套接有連接桿，所述連接桿內部設置有用于引出導線的空腔。
8. 根據權利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體外部設 置有保護套，所述保護套通過鎖母與連接桿固定。
9. 根據權利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述壓電膜基體通過黏 合劑與連接桿內壁粘結。
10. 根據權利要求7所述的一種剪切流傳感器，其特征在于，所述連接桿外部設置有 密封槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剪切流傳感器，包括一端設置有翼型探針的壓電膜基體，壓電膜基體表面密封粘貼有壓電膜，壓電膜的兩端面分別連接有導線；壓電膜的厚度為0.1～0.5mm，由PVDF、PZT或PT其中的一種制成；壓電膜基體的另一端密封套接有連接桿，通過黏合劑與連接桿內壁粘結，連接桿內部設置有用于引出導線的空腔，壓電膜基體外部設置有保護套，保護套通過鎖母與連接桿固定。本發(fā)明能夠利用壓電膜材料的壓電效應測量海洋湍流強度，從而研究海洋湍流效應，同時其各方面的性能均優(yōu)于普通的壓電陶瓷傳感器。
文檔編號G01M10/00GK101629868SQ200910070138
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權日2009年8月14日
發(fā)明者玉 王, 王子龍, 王延輝, 王樹新, 磊 谷 申請人:天津大學