[实用新型]一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器

说明书

本实用新型公开了一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，包括条形PVDF膜(1)，PVDF膜(1)一端上下两侧为隔离的金属电极(2)，金属电极(2)分别连有电极引线(3)，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳(9)；PVDF膜(1)另一端设置在夹持组件(4)之间，电极引线(3)的尾端引线(5)与电阻(6)并联，继而尾端引线(5)与同轴电缆(7)相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳(11)；聚乙烯外壳(9)和金属外壳(11)组成一个密闭空间，内填充有硅油(8)。本实用新型响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用；指向性明确，无冲击波覆盖延迟效应，膜片振动模式单一，有效避免了不确定性系统偏差。

技术领域

本实用新型涉及冲击波传感器，具体的说是一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器。

背景技术

冲击波测试一直是水中和水下爆破工程和爆破实验需要解决的重点问题之一。目前,水介质冲击波传感器中所用的敏感元件多为电气石、压电石英和压电陶瓷等。这类晶体型压电传感器在进行水介质冲击波测量时，首先存在其敏感元件本身和水介质之间波阻抗失谐的问题；其次，由于晶体强度导致其测试的量程有限。对于锰铜计，由于记录的信号一般只持续几个微秒，难以获得较长时间的压力时程曲线。在水介质冲击波近场测试中，存在传感器容易被雷管碎片和炸药爆轰产物损坏的问题。

PVDF(中文名为聚偏氟乙烯，下文简称为PVDF)材料可挠曲、韧性好、线性好、稳定性好、居里温度较高（90℃-102℃）、物理化学性能稳定、寿命长、热扩散系数小及生产和应用成本相对低。而PVDF压电薄膜频率响应范围宽、背景谐振噪声低、信号清晰、声阻抗与水接近、耐冲击性强、可以加工成任意形状；因而PVDF压电薄膜传感器在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域应用十分广泛，相关技术已经比较成熟。

在水介质冲击波压力测量中，需要一种响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用的水下爆炸冲击波传感器。而夹心式PVDF压电薄膜传感器由于其特有的结构形式致使传感器指向性不明显，冲击波覆盖产生延迟效应以及膜片振动模式复杂，测试结果存在不确定性系统偏差。

如申请号为2013106459971，名称为压电薄膜型水下爆炸压力传感器及其测量方法的发明专利申请，公开了一种用于水下爆炸压力测量的压电薄膜型传感器，将夹心式压电薄膜压力计放置在充满硅油的软管中，该软管两端由塑料塞密封，从上部塑料塞细通孔中引出延导线，并在所述软管的外壁面上缠绕柔韧细线。该方案存在的缺陷在于：作为敏感元件的压电薄膜在夹心式压电薄膜压力计中、夹心式压电薄膜压力计在软管中均为悬浮状态，而软管仅有传感器上方的绳索配合传感器悬挂配重控制其测试位置，无法保证作为敏感元件的压电薄膜指向爆源（即压电薄膜与冲击波传播方向垂直）。压电薄膜指向的随意性，将由于冲击波覆盖延迟效应和复杂振动模式导致不确定性系统偏差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，以夹持式PVDF压电薄膜作为传感器的敏感元件，该传感器具有明确的指向性。在操作过程中，该传感器可以固定并使压电薄膜与冲击波传播方向垂直，可以避免由于压电薄膜指向偏差，冲击波覆盖延迟效应和复杂振动模式导致的不确定性系统偏差。

本实用新型夹持式PVDF压电薄膜水介质冲击波传感器，包括条形PVDF膜，PVDF膜一端上下两侧为隔离的金属电极，金属电极分别连有电极引线，PVDF膜该端外部设置有聚乙烯外壳；PVDF膜另一端设置在夹持组件之间，电极引线的尾端引线与电阻并联，继而尾端引线与同轴电缆相连，PVDF膜该端外部设置有金属外壳；聚乙烯外壳和金属外壳组成一个密闭空间，内填充有硅油。

所述金属电极为将PVDF膜端部掩膜腐蚀或光蚀刻后得到的。

夹持组件与金属外壳端部之间采用环氧树脂填充，金属外壳尾端同轴电缆伸出处采用环氧树脂填充。

夹持组件为两块平行等大的有机玻璃板或薄铜板。