[发明专利]一种基于面内剪切的压电传感器

说明书

技术领域

本发明为一种基于面内剪切的压电传感器，属于超声无损检测领域，可在板 或管等结构中同时激励出沿特定方向传播的Lamb波和SH波。

背景技术

金属板材和管材作为一种基本的工业原材料，被广泛的应用于航空航天、土 木、机械等领域。但目前金属板材在生产过程中不可避免的存在裂纹、分层、夹 杂等缺陷，所以利用无损检测技术对其进行质量检测是非常有必要的。超声导波 技术是一种新兴的无损检测新技术，相比传统的检测方法，其具有检测范围大、 效率高、衰减小等优点，对于结构表面缺陷和内部缺陷都相当敏感，因此超声导 波技术广泛应用于多类工程结构的无损评价和健康监测。超声导波技术是一种新 兴的无损检测技术，其具有检测范围大、效率高、衰减小等优点，对于结构表面 缺陷和内部缺陷的敏感度都很高，可实现板、管道、杆等结构的有效检测，近年 来受到人们的广泛关注。基于导波在结构中的传播特性，选择合适的检测模态和 频率范围相当重要。由于超声导波最低阶水平剪切模态SH₀在传播过程中的非频 散特性，可用于长距离检测，使得该模态对板或管结构无损检测具有一定优势。

目前，常用的激励超声导波的方式主要有两种，一种是基于材料压电效应的 压电传感器(PZT)，一般情况下只激励一种模态的的导波，且常规压电传感器很 难激励出SH模态导波。另一种方式是基于电磁耦合效应的电磁声传感器 (ElectromagneticAcousticTransducer,EMAT)。EMAT有两种工作机理，洛伦兹力 和磁致伸缩效应，且其结构多变、可设计性强，通过改变线圈排布与偏置磁场方 向，可以激励出不同模态导波。1979年，R.B.Thompson等基于磁致伸缩机理利 用回折线圈在铁磁性材料中产生水平剪切模态SH₀。1990年，R.B.Thompson等 采用周期永磁铁(PeriodicPermanentMagnet,PPM)构成的EMAT在铝板中激励 出水平剪切模态SH₀。相对于EMAT由多个部件组成，本发明提出一种新的d₃₁₂型压电传感器，在薄板或薄管中会产生沿特定方向传播的水平剪切波和沿其他方 向传播的Lamb波。可用于各个方向缺陷的检测。

发明内容

本发明旨在设计一种基于面内剪切的压电传感器，可在薄板或薄管中会产生 沿特定方向传播的SH波和沿其他方向传播的Lamb波，利用这种新型传感器能 够实现对板或管结构的大范围、高效率的结构健康监测和无损检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种压电传感器，其特征在于，通过沿特定方向切割多晶体材料PZT，然后在厚 度方向极化，厚度方向加电极，形成一种d₃₁₂型压电传感器。

在笛卡尔坐标系下，多晶体材料PZT多晶体沿着z方向生长，沿着平面(0 11)进行切割，最后会在[011]方向上极化。

下面给出它的压电常数系数矩阵：