本发明专利技术涉及一种具有实时监测切削力的与铣刀共形封装的PVDF压电小面阵传感器，所述的PVDF压电材料通过薄膜电极技术制成。在使用过程中，该传感器可以实时监测铣刀的切削力，并将监测结果通过电荷放大电路放大后传输至无线传输模块，无线传输模块再将数据传输至远程的上位机完成数据处理。实现对切削力的实时监测与远程数据传输。同时，还加入了超薄锂电池和电荷放大电路部分的封装设计，进一步提升了该传感器的实用性和便携性。相对于现有技术，本发明专利技术具有以下优点：PVDF压电材料的使用可以实现高灵敏度和高精度的切削力监测，铣刀共形封装的设计可以有效提高传感器的稳定性和可靠性，超薄锂电池的加入可以减小整体尺寸并且在测量过程中不用额外接线，简化测量流程并提高稳定性，同时电荷放大电路的封装设计也为无线传输提供了更好的保障。因此，本发明专利技术具有广泛的应用前景，在机械加工中的切削力测量和结构健康监测等领域具有重要的实际应用价值。构健康监测等领域具有重要的实际应用价值。构健康监测等领域具有重要的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种具有实时监测切削力的与铣刀共形封装的PVDF压电小面阵传感器
[0001]本专利技术涉及一种小型压电传感器，特别是涉及一种基于PVDF压电材料制成的小面阵切削力传感器，其具有使各种模块与铣刀共形封装的特点，能够在不需要额外接线的条件下实时监测铣刀的切削力并输出相关数据。该传感器可广泛应用于机械加工中的切削力测量和结构健康监测等领域。
技术介绍
[0002]传统的切削力传感器通常使用应变片或压电片进行测量，但是这些方法存在着很多问题，比如信号干扰、精度受限、易损坏等。为了解决这些问题，近年来出现了基于小面阵的压电切削力传感器，该传感器可以实现对切削力的高精度、高分辨率、高灵敏度的实时监测，但其输出信号弱、干扰较大、信号处理困难等问题仍然存在。本专利提供了一种具有实时监测切削力的与铣刀共形封装的PVDF压电小面阵传感器，该传感器采用共形封装技术，将铣刀与小面阵传感器相结合，实现了对铣削过程中的切削力实时监测，同时还将无线传输模块和放大电路集成在小面阵传感器内部，进一步提高了信号的稳定性和可靠性，同时避免了压电小面阵在铣刀上接线困难的问题，方便安装和操作，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供了一种具有实时监测切削力的与铣刀共形封装的PVDF压电小面阵传感器。该传感器采用PVDF压电小面阵(1)作为敏感元件，内置超薄锂电池(6)，可以为无线传输模块(5)提供电源。传感器的放大电路直接集成在PVDF压电小面阵(1)内，使得传输信号更加稳定可靠。该传感器可以与铣刀共形封装，可以直接安装在铣刀上，实现对铣削过程的实时监测，极大提高了铣削加工的精度和效率。
[0004]本专利技术的目的在于提供一种简单、精度高、可靠性好、不受干扰的切削力传感器，用于测量铣刀受力。该传感器采用PVDF压电小面阵(1)作为敏感元件，通过与刀具的共形封装方案设计实现高灵敏度、高稳定性的力学耦合，使得测量的切削力更准确。通过将电荷放大电路和无线传输模块(5)和超薄锂电池(6)集成在小面阵上，使得只需要一个小面阵即可测量以及传输数据，方便测量。
[0005]本专利技术的切削力传感器包括一个PVDF压电小面阵(1)、超薄锂电池(6)、保护层、屏蔽层、读出电路、放大电路和无线传输电路。PVDF压电小面阵(1)通过胶粘、塑料封装等方式与保护层、屏蔽层进行封装，并通过胶粘方式与刀具进行共形封装，以实现高灵敏度、高稳定性的力学耦合。屏蔽层的参数经过噪声分析进行优化，以获得最佳的噪声屏蔽效果。读出电路通过针对车刀和铣刀两类刀具的电路模型分析，结合电路仿真软件模拟，分别分析最佳耦合方式(电流读出、电压读出、电荷读出)，为读出芯片设计提供参数。在铣刀应用场景中，优化PCB布局，实现小型(可内嵌铣刀刀柄(3))、高速、无线传输的读出电路。
[0006]本专利技术的PVDF压电小面阵(1)切削力传感器可以实现简便化、高精度、高重复性的
切削力测量结果，用于铣刀的实时监测和刀具状态评估。传感器具有结构简单、响应速度快、抗干扰性强、安装和测试简便等优点，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0007]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0008]图1为面阵结构设计与仿真的实施路径示意图。
[0009]图2为小面阵面内极化示意图。
[0010]图3为PVDF压电小面阵切削力传感器测试过程示意图。
[0011]图4为封装方案示意图。
[0012]图5为PVDF压电小面阵在刀柄上覆盖示意图。
[0013]附图中标记：1、PVDF压电小面阵；2、PVDF压电薄膜；3、铣刀刀柄；4、电极；5、无线传输模块；6、超薄锂电池。
具体实施方式
[0014]为了使本专利技术的实施过程更加详尽、易懂，下面将结合本专利技术实例，对本专利技术的技术方案进行完整、详细的描述。显然，本文所描述的实施例仅为本专利技术的某一实施例，而并非本专利技术全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域内的其余技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]本专利技术的具体技术实施方案包括以下步骤：
[0016](1)PVDF压电小面阵可以采用微纳加工技术进行制备。具体来说，首先在膜上通过紫外光刻和等离子刻蚀的方式制备出微小的圆形或方形结构，然后在这些结构上电极化PVDF压电薄膜，制备出PVDF压电小面阵。
[0017](2)放大电路的设计和制备。
[0018](3)电荷放大电路是本专利技术中的关键技术之一，其作用是将PVDF压电小面阵产生的微弱电荷信号放大，以提高传感器的灵敏度和精度。本专利技术将电荷放大电路直接封装在PVDF压电小面阵内，形成一个整体化的设计，有效减小了电路引入噪声的可能性，同时也可以简化传感器的结构，提高传感器的可靠性。
[0019](4)电荷放大电路可以采用FET放大器、运算放大器等电路部件构建，具体电路结构可根据实际需要进行调整。在封装时，可以将电路部件采用贴片式封装，直接集成在PVDF压电小面阵内，以形成一个整体化的传感器模块。
[0020](5)锂电池的封装与连接。
[0021](6)锂电池可以采用超薄的可弯曲锂电池，该电池具有体积小、重量轻、能量密度高等优点，可满足传感器小型化和长时间稳定运行的需求。超薄锂电池主要包括正极、负极和电解质等基本组成部分。
[0022](7)通过与电路连接来实现供电。将超薄锂电池采用贴片式封装，锂电池需要被封装在PVDF压电小面阵内部，以避免锂电池在使用过程中受到损坏或者短路的情况发生。
[0023](8)无线传输模块的设计和制备。
[0024](9)无线传输模块采用蓝牙或者Wi
‑
Fi等无线通信技术，将采集到的数据传输到外
部接收器。为了提高无线传输模块的稳定性和可靠性，无线传输模块被封装在PVDF压电小面阵传感器的内部。
[0025](10)通过胶粘或塑料封装等方式将PVDF压电小面阵与放大电路、超薄锂电池、保护层、屏蔽层进行封装，使其具有与铣刀适配的尺寸。
[0026](11)将PVDF压电小面阵粘贴到铣刀上，选择适当的胶水：在将PVDF压电小面阵粘贴到铣刀上时，需要选择适当的胶水。一般来说，要选择具有良好耐高温性能、粘接强度高、不会对PVDF材料产生腐蚀的胶水。
[0027](12)将PVDF压电小面阵粘贴到铣刀上：将PVDF压电小面阵平整地粘贴到铣刀上，并确保其表面平整，不出现气泡或褶皱。
[0028](13)读出电路、PCB布局优化：为了实现小型、高速、无线传输的读出电路，需要对PCB布局进行优化。一般来说，要避免布线过于复杂，尽可能缩短信号传输路径，减少信号衰减和噪声干扰。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有实时监测切削力的与铣刀共形封装的PVDF压电小面阵传感器，其特征在于：该传感器内部封装有电荷放大电路、超薄锂电池(6)和无线传输模块(5)，并且该传感器通过与铣刀共形封装的方式能够直接测量切削力并实时监测切削过程中的状态，从而提高切削加工的效率和精度。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述的PVDF压电小面阵传感器可以通过将其封装在与铣刀共形的环境中，减少外部干扰和环境影响，提高传感器的稳...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢施宇，程橹豪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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