[发明专利]一种绝缘膜组合式石英压电传感器及其标定方法

说明书

一种绝缘膜组合式石英压电传感器及其标定方法，传感器包括上层聚酰亚胺绝缘膜和下层聚酰亚胺绝缘膜之间设置有石英晶片，石英晶片的上下面布设铜箔引线；将石英晶片的负极面和正极面之间串联负载电阻R和示波器，得到压电传感器测量组件；将压电传感器测量组件中的石英晶片的负极面紧贴于靶，靶采用铝的表面，用于测量靶表面上的冲击波应力σ(t)随时间的变化；由传感器测量的压电信号进行积分，最后得到每一炮实验的传感器动态压电灵敏度系数；取多次实验结果进行平均，得到压电传感器的动态压电系数；本发明具有、抗干扰性能强、绝缘性能好、使用方便、制作工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及压电传感器，特别涉及一种绝缘膜组合式石英压电传感器及其标定方法。

背景技术

石英晶体因为强度高、压电特性的温度稳定性好，常用于各种冲击应力波剖面的测量。这种应力传感器也叫Sandia石英应力传感器，通常采用具有一定直径d-厚度l比(d/l≥5)的x切割石英圆板制成[J.Appl.Phys.36(5),1775-1783(1965)，爆炸与冲击，5(4)，61-66(1984)]，以保证晶片处于一维应变状态。传感器结构只能采用正向设置(即冲击波从负极面向正极面传播)，当应力波从负极面进入石英晶体，在到达正极面之前，传感器输出的压电电流正比于试样-传感器负极面上的压力。当应力波到达正极面时，输出信号翻转，因此，这种工作方式的传感器的有效测量时间小于或等于应力波通过传感器敏感元件的时间，与传感器的厚度密切相关。当冲击应力波脉冲上升时间大于传感器测量有效时间时，传感器不能完成应力波峰值的测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种绝缘膜组合式石英压电传感器及其标定方法，能够采用压电信号的积分来获取应力波波形，从而使得测量有效时间不受传感器厚度的限制；可以根据需要调整，当信号弱时，采用面积大的石英晶片，从而使得传感器测量信噪比变大，具有封装工艺简单、方便、成本低的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种绝缘膜组合式石英压电传感器，包括下层聚酰亚胺绝缘膜1和上层聚酰亚胺绝缘膜2，下层聚酰亚胺绝缘膜1和上层聚酰亚胺绝缘膜的2之间设置有石英晶片3，石英晶片3的上下面布设铜箔引线4；下层聚酰亚胺绝缘膜1和上层聚酰亚胺绝缘膜2之间注入环氧树脂5粘结压实封装。

所述的石英晶片3的上下分别表面设置有先蒸汽沉积铬，再真空镀银的镀层7。

所述的镀层7的厚度不大于3μm。

所述的石英晶片3的厚度为0.2mm，直径20mm。

一种绝缘膜组合式石英压电传感器的标定方法，其步骤为：

步骤一：将石英晶片3的负极面和正极面之间串联负载电阻R和示波器，得到压电传感器测量组件；

步骤二：将步骤一中得到的压电传感器测量组件中的石英晶片3的负极面紧贴于靶8的表面，用于测量靶8表面上的冲击波应力σ(t)随时间的变化；当冲击波应力σ(t)作用在石英晶片3电极时，由于压电效应，在测量电路中产生压电电流i(t)，压电电荷Q由下式

计算

式中U(t)为负载电阻R上的压电电压信号；平面一维应变状态下的石英晶片3的压电方程为：

Q＝AKσ (2)

式中，A为电极面积，K为晶片压电系数，由实验标定给出，由(1)和(2)可得

通过测量压电电压信号，并对信号积分即可得到通过石英晶片3的冲击波波形；

靶8的正前方设置有弹射装置，所述的弹射装置包括飞行轨道9，飞行轨道9的一端设置有弹托10，弹托10上粘有飞片11，飞行轨道9的另一端连接激光测速器12。