基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置及其标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置及其标定方法，包括三棱柱形状的试验平台，三棱柱的底面为等腰直角三角形；在试验平台上设置贯通孔，所述的贯通孔贯穿试验平台的两个底面，传感器通过贯通孔耦合到试验平台中；所述传感器与放大器装置连接，捕捉信号；试验平台的等腰直角三角形斜边所在的侧面为顶面，所述的顶面水平设置，顶面上垂直固定有塑料直管；所述的塑料直管内设有通道用于小球垂直落入，所述塑料直管上设有标尺，用以测得小球冲击的速度。本发明专利技术以小球作为标定源，不仅方法简单、参数易于确定，而且能够弥补声发射系统精度和适用范围上的不足。补声发射系统精度和适用范围上的不足。补声发射系统精度和适用范围上的不足。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置及其标定方法


[0001]本专利技术涉及地球物理学
，具体涉及一种基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置及其标定方法。

技术介绍

[0002]声发射是指材料受力后在局部快速释放应变能从而产生瞬态弹性波的现象，当采用声发射方法探测材料时，可以得出被探测材料内部声发射源的相关信息。在岩石中，声发射是岩石内部微裂纹萌生、扩展和断裂过程的一个伴随现象，采用声发射方法能够得到岩石内部失稳破裂演化过程，实现对内部断裂位置的定位，而且对内部声发射源的信息进行分析和处理后，能够得出关于岩石内部破坏过程的众多信息。因此，声发射技术广泛应用于研究岩土工程、隧道工程及地震工程中岩石破裂、断层失稳问题。大多数的声发射探测系统都有着高灵敏度的压电传感器和高增益的记录设备，然而传感器和记录设备通常没有进行标定过程，这不但会使实验观测的现象难以解释，而且会导致声发射方法的可靠性和实用性受到限制。
[0003]现有标定声发射系统的方法是通过计算该系统中传感器响应、滤波器、放大器以及动态变形中弹性波传播的影响来进行标定。在此标定过程中，系统中每个部件的响应都会对整体造成影响。然而，弹性波传播的响应可以通过对应的格林函数描述、传感器和记录设备的响应可以通过仪器响应函数描述。因此，为了解决这一问题，现提出对该系统(传感器、放大器、数据记录仪等)作为一个整体进行标定的方法。

技术实现思路

[0004]基于声发射系统标定的重要性和实用性，本专利技术提供了一种基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置及其标定方法，作为理想标定源的小球，其相关物理量可以通过测量直接得出，利用已知公式能够简单地对系统进行标定，且小球冲击发出的波频率幅度相差较大，波易于辨别。标定后的声发射系统能够得到动态触发地震中粘滑现象和断层粘滑的位移量，同时能够得到震源的相关参数，如地震矩、角频率和应力降等，为工程测量断层面的位移量、确定震源相关参数提供可靠的试验方法，弥补了声发射系统精度和适用范围上的不足。该装置结构简单、操作方便、相关参数可直接测得、且具有可重复性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案加以实现的：
[0006]基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，包括三棱柱形状的试验平台，三棱柱的底面为等腰直角三角形；在试验平台上设置贯通孔，所述的贯通孔贯穿试验平台的两个底面，传感器通过贯通孔耦合到试验平台中；
[0007]所述传感器与放大器装置连接，捕捉信号；
[0008]试验平台的等腰直角三角形斜边所在的侧面为顶面，所述的顶面水平设置，顶面上垂直固定有塑料直管；所述的塑料直管内设有通道用于小球垂直落入，所述塑料直管上设有标尺，用以测得小球冲击的速度。
[0009]所述的试验平台各个端角处进行倒角处理，倒角角度为45
°
。
[0010]所述的试验平台采用铝、钢、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等波传播效果较好的材料；
[0011]所述的贯通孔有多个，设在同一水平线上。
[0012]所述传感器采用PVDF压电薄膜，传感器通过密封胶与试验平台的贯通孔进行耦合。
[0013]还包括：电测系统、光学采集系统，其中，所述电测系统包括动态信号采集分析装置、信号放大器装置，所述传感器与信号放大器装置连接，捕捉信号；所述光学采集系统指高速摄像机。
[0014]所述方法，包括以下步骤：
[0015]调整实验装置和其参数，记录所述调整前后的信号变化情况，根据记录数据进行实验研究；其中，所述调整的对象包括以下一种或多种：
[0016]试验平台材料；小球冲击高度；小球尺寸；小球材料；贯通孔的位置。
[0017]采用上述基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置进行基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定方法，包括以下过程：
[0018]将小球放进塑料直管上端，使其自由落体，通过塑料直管对试验平台进行冲击。
[0019]通过高速摄像机，得到小球冲击试验平台时的位移和时间的关系，从而计算出小球冲击时的速度。根据动态采集系统记录相应的电压信号S(ω)和小球冲击产生的理论信号U(ω)的比值，得到传感器的仪器响应I(ω)；
[0020]改变小球冲击参数及试验平台材料、尺寸，研究不同条件下小球冲击对声发射系统的影响。
[0021]该系统以小球作为标定源，不仅方法简单、参数易于确定，而且能够弥补声发射系统精度和适用范围上的不足。
附图说明
[0022]图1为本专利技术结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下结合实施例和附图对本专利技术进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本专利技术进行示例性的描述，而并不能对本专利技术的保护范围构成任何限制。所有包含在本专利技术的专利技术宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本专利技术的保护范围。
[0024]基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，包括三棱柱形状的试验平台11，三棱柱的底面为等腰直角三角形；在试验平台11上设置贯通孔12，所述的贯通孔12贯穿试验平台11的两个底面，传感器通过贯通孔12耦合到试验平台11中；
[0025]所述传感器与放大器装置连接，捕捉信号；
[0026]试验平台11的等腰直角三角形斜边所在的侧面为顶面，所述的顶面水平设置，顶面上垂直固定有塑料直管22；所述的塑料直管22内设有通道用于小球21垂直落入，所述塑料直管22上设有标尺23，用以测得小球21冲击的速度。
[0027]测试方法为，将传感器一端通过密封胶耦合到试验平台11内，其输出端接到信号放大器装置上，再由放大器装置的输出端接到动态信号采集分析装置上。
[0028]贯通孔12的中心距离所述试验平台11顶面e mm。
[0029]相邻贯通孔12间距fmm；在试验平台11一侧粘贴一个声发射传感器用于触发高速相机。
[0030]将小球21放进塑料直管22上端，使其自由落体，通过塑料直管22对试验平台11进行冲击。
[0031]调节塑料直管22与试验平台11之间的距离，使小球21落下时刚好触碰试验平台11顶面。在一定的高度下，小球21通过塑料直管22的一端，向试验平台11进行冲击；通过高速摄像机对小球21的冲击过程进行记录，用标尺23得到小球21在冲击时间段内的位移量，从而计算出小球21冲击试验平台11时的速度v0。此时冲击力f(t)应由式1确定。
[0032][0033]其中，
[0034][0035]δ
i
＝(1
‑
μ
i2
)/(i＝1,2；
ꢀꢀ
(4)
[0036]式中t
c
表示小球21与试验平台11的接触时间；f
max
表示小球21在这段时间内被施加的最大冲击力；E和μ分别表示材料的杨氏模量和泊松比；i＝1时表示小球21的相关材料参数，i＝2时表示试验平台11的相关材料参数；R1和v1分别表示小球21的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，其特征在于，包括三棱柱形状的试验平台(11)，三棱柱的底面为等腰直角三角形；在试验平台(11)上设置贯通孔(12)，所述的贯通孔(12)贯穿试验平台(11)的两个底面，传感器通过贯通孔(12)耦合到试验平台(11)中；试验平台(11)的等腰直角三角形斜边所在的侧面为顶面，所述的顶面水平设置，顶面上垂直固定有塑料直管(22)；所述的塑料直管(22)内设有通道用于小球(21)垂直落入，所述塑料直管(22)上设有标尺(23)，用以测得小球(21)冲击的速度。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，其特征在于，所述的试验平台(11)各个端角处进行倒角处理，倒角角度为45
°
。3.根据权利要求1所述的基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，其特征在于，所述的试验平台(11)采用铝、钢、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯材料。4.根据权利要求1所述的基于嵌入式PVDF压电薄膜的传感器标定装置，其特征在于，所述的贯通孔(12)有多个，设在同一水平线上。5.根据权利要求1所述的基于嵌入式...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏开文，郭智寅，徐冉，董鹏，张康华，王璞，徐颖，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：