[发明专利]一种剪切流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体的说，是涉及一种利用压电材料测量海洋湍流变化的传感器。 

背景技术

湍流研究是海洋科学研究的重要领域，湍流对海水的动量、热量和质量输运有重要贡献，对海水运动速度、温盐持性及水中溶解态、颗粒态物质的分布有显著影响，微结构即小尺度的湍流运动是产生海洋宏观现象的原动力。 

人们对湍流效应的研究是通过建立相应的数学模型来进行模拟的。在这些模型中，湍流的动能耗散率是重要参数，它直接影响所建立模型对海洋宏观运动模拟的精确程度。海水剪切流速数据是研究海水湍流运动规律和获取动能耗散率的重要原始资料，也就是说，动能耗散率的获取主要依靠海洋剖面的微结构流剪切数据，而目前获取数据的有效和可靠手段是使用剪切流传感器。 

目前国内对剪切流传感器的研究较为落后，基本处于空白状态；而国外也只有德国、加拿大、美国、日本等少数国家掌握剪切流传感器及相关测量技术，基本上是利用压电陶瓷传感器进行测量。压电陶瓷是能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于压电材料的一种，压电材料在受到压力作用下会发生极化而在两端表面间出现电位差，电荷量与压力成正比。压电陶瓷传感器即是利用压电陶瓷的压电特性直接做检测使用。尽管压电陶瓷传感器拥有诸多优点，但是在使用过程中也暴露出一些由于材料本身所导致的缺陷，例如压电陶瓷的变形量较小，因此容易折断等。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够利用压电膜材料的压电效应测量海洋湍流强度，从而研究海洋湍流效应的剪切流传感器，同时其各方面的性能均优于普通的压电陶瓷传感器。 

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现： 

一种剪切流传感器，包括一端设置有探针的压电膜基体，所述压电膜基体表面密封粘贴有压电膜，所述压电膜的两端面分别连接有导线，所述压电膜的厚度为0.1～0.5mm。 

所述压电膜由PVDF、PZT或者PT其中的一种制成。 

所述压电膜粘贴在压电膜基体的单面或者双面。 

所述探针为翼型探针。 

所述压电膜基体由铝合金、聚酰胺、聚丙烯或聚烯基甲醚其中的任意一种制成。 

所述压电膜基体的另一端密封套接有连接杆，所述连接杆内部设置有用于引出导线的空腔。 

所述压电膜基体外部设置有保护套，所述保护套通过锁母与连接杆固定。 

所述压电膜基体通过黏合剂与连接杆内壁粘结。 

所述连接杆外部设置有密封槽。 

本发明的有益效果是： 

(1)本剪切流传感器经标定并确定灵敏度后可以用来测量海洋湍流效应，对于研究海洋微观运动具有重要意义：当传感器受到海洋湍流作用时，其内部压电材料发生变形产生电荷，而电荷数量与海洋湍流作用力呈线性关系，电荷信号被采集和处理用以有效测量海洋湍流数据。 

(2)本发明优选使用的压电膜材料是PVDF，PVDF压电膜本身具有化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力的特点： 

①其化学稳定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可长期使用； 

②其质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高； 

③其在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷； 

因此，基于PVDF压电膜结构的剪切流传感器具有不易损坏、灵敏度高、稳定性好的优点。 

(3)本发明端部采用翼型探针，这种特殊的形状使得探针部分受力均匀，水动力学性能好。 

(4)本发明造价较为低廉，适于大范围推广使用。 

附图说明

图1是本发明的总装结构示意图； 

图2是本发明的压电膜基体结构图。 

图中：连接杆——1        密封槽——2    导线——3 

      锁母——4          黏合剂——5    压电膜——6 

      压电膜基体——7    保护套——8    探针——9 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述：