[发明专利]一种高过载大量程的压电动态力传感器

说明书

本发明公开了一种高过载大量程的压电动态力传感器，由底座、垫板、固定板、盖板、压电片组合、活动片、顶丝、螺钉以及数据采集系统组成，压电片组合采用两片电极片与两片压电片交替放置的形式。将活动片置放于垫板中豁口内，利用螺钉将底座、垫板及固定板固定，再用顶丝通过活动片将压电片组合压紧于底座凹槽内，最后将盖板固定于固定板上。本发明适用于大型工程中高冲击动态力的监测和预警，能在超过压电片抗压强度的高过载环境中进行高幅值动态力测量，强度高，量程大，动态特性好。

技术领域

本发明涉及一种高过载大量程的压电动态力传感器，可用于大型工程中高冲击动态力的监测与预警，主要应用于传感器领域。

背景技术

在矿山、边坡及巷道支护等大型工程中都要利用力学传感器对冲击型地应力进行测量，对可能发生的滑坡、岩爆及塌方等恶性灾害和事故进行监测和预警。静力传感器虽然能够有效测量地应力的大小，但是却不能实时对冲击型地应力做出响应，而一般的动力传感器的强度无法满足地下工程中高应力条件。

因此，适用于地下工程的动力传感器必须要满足两个指标：第一，高强度。传感器所处的地下工作环境使得其必须具有足够高的抗压强度来抵抗地应力。第二，大量程。正常的施工扰动也会产生地冲击力，但这些低幅值的动载并不足以产生危险，因此传感器必须能够测量足够引起危险的高冲击动态力，只有具备大量程的测量能力才能对高地冲击灾害进行预警。

目前，国内外尚未见有关此类高强度、大量程压电式单向动态力传感器的文献报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高过载大量程的压电动态力传感器，该传感器能在高应力环境中测量高幅值动态力，动态特性好，可用于大型工程中高冲击动态力的监测与预警。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高过载大量程的压电动态力传感器，包括：底座、垫板、固定板、盖板、三组压电片组合、三个活动片、三个顶丝、六个螺钉以及数据采集系统，压电片组合采用第一电极片、第一压电片、第二电极片、第二压电片的顺序进行交替放置。底座的上表面存在三个等角度分布的圆形凹槽及六个等角度分布的螺纹孔，垫板中存在六个通孔和三个豁口，固定板中存在六个沉头孔和三个螺纹孔；底座中的三个圆形凹槽与垫板中的三个豁口及固定板中的三个螺纹孔位置一致，底座中的六个螺纹孔与垫板中的六个通孔及固定板中的六个沉头孔位置一致。活动片的形状与垫板中豁口的形状相似，但尺寸略小；将三组压电片组合中夹于第一压电片和第二压电片中间的第二电极片上各引出导线，导线经排线槽汇总于底座中的出线口并最终与数据采集系统相连。利用六个螺钉将底座、垫板、固定板固定，再用三个顶丝通过三个活动片将三组压电片组合压紧于底座的三个凹槽内，最后将盖板固定于固定板上。

进一步的，所述的传感器的整体结构为空心圆柱，目的是为了能够使传递静动态载荷的锚索从中穿过。

进一步的，所述的活动片的厚度略低于垫板厚度，压电片组合的厚度略高于圆形凹槽的深度，以保证螺栓拧紧后，底座上表面与压电片组合共同承受压力，提高了传感器的抗压强度，进而保证传感器能在高过载应力环境中正常工作。

进一步的，所述的压电片组合按照从上往下依次为第一电极片、第一压电片、第二电极片、第二压电片的顺序进行放置，第一压电片和第二压电片的正极相对，且正极都与第二电极片相连，以提高传感器的信噪比，其中，第一电极片、第二电极片都是铜制材料，与第一压电片、第二压电片的形状相同。

进一步的，所述的盖板为内六角形式是因为盖板与固定板之间的连接方式为螺纹连接，盖板下面具有一个外螺纹的凸台，能够与固定板内表面的螺纹相连，内六角形式便于拧紧螺纹。

进一步的，所述的底座的排线槽以及其它连接部位都会采取密封处理，以防传感器在恶劣的工程环境中因水汽入侵而影响测量精度。

进一步的，所述螺纹连接部分都需要在强度允许范围内尽量拧紧，以保证传感器的测量稳定性。