一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明型公開一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其構(gòu)成為箱體、導(dǎo)線和帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維而組成，而帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維由金屬芯、絕緣膠層、表面電極、壓電材料組成。當(dāng)有水流變化時，水流通過箱體頂端的通孔把激勵作用在帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維上，使其產(chǎn)生電壓信號。通過儀器設(shè)備測出電壓值的變化情況，分析出水流的變化情況；通過儀器設(shè)備測出電壓值的大小并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測出水流的大小。
【專利說明】
一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水流測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水下探索的深入研究，水下機(jī)器設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍。由于水下環(huán)境條件的特殊性，我們需要水下機(jī)器設(shè)備可以及時的感應(yīng)周圍水流的變化從而做出相應(yīng)的反應(yīng)，這就需要水下機(jī)器設(shè)備攜帶各種各樣的傳感器。
[0003]國外的水流測量傳感器要早于我國，我國水流測量傳感器的最早出現(xiàn)于上個世紀(jì)八十年代末，當(dāng)時的產(chǎn)品主要應(yīng)用在全自動熱水器上面，產(chǎn)品的主要形式是壓差式水流測量傳感器。那時我們對于水下機(jī)器設(shè)備應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在這么廣，需求量也沒現(xiàn)在這么大，要求也沒現(xiàn)在這么高，故那時的水流測量傳感器的發(fā)展較緩慢。隨著水下設(shè)備應(yīng)用的要求越來越高，這要求水下機(jī)器設(shè)備有一定的自主避障、感應(yīng)水流變化等等一些功能。
[0004]目前水流測量傳感器主要是應(yīng)用霍爾元件，雖然相比之前有了很大的改進(jìn)但是還存在一些缺點，例如部分轉(zhuǎn)子式水流測量傳感器在水流太小時無法轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動不靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是受到魚側(cè)線系統(tǒng)的啟發(fā)而設(shè)計的，要解決的技術(shù)問題是提供一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，該含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置能夠把水流變化轉(zhuǎn)換成我們可以識別的電壓信號，通過電壓信號的大小可以判斷水流的大小，通過電壓值的變化檢測出水流的變化。
[0006]上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:包括箱體以及設(shè)置于箱體內(nèi)底面上的一個或多個表面包裹有絕緣層的含金屬芯壓電纖維，所述箱體的頂部開有一個或多個孔；
所述含金屬芯壓電纖維由金屬芯、絕緣膠層、表面電極、壓電材料組成;所述金屬芯位于含金屬芯壓電纖維的中心位置或偏離中心位置，壓電材料包覆于金屬芯上，表面電極設(shè)置于壓電材料上，絕緣膠層置于整體含金屬芯壓電纖維的外表面;所述導(dǎo)線與含金屬芯壓電纖維的表面電極連接，并延伸出箱體。
[0007]所述含金屬芯壓電纖維位于孔的正下方或偏離孔的正下方，且到箱體的頂面之間留有距離或沒有距離。
[0008]所述箱體的橫截面為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形，箱體的兩頭為方形或球形或錐形。
[0009]所述含金屬芯壓電纖維橫截面形狀為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形。
[0010]所述含金屬芯壓電纖維中的壓電材料為聚偏氟乙烯PVDF或鋯鈦酸鉛PZT或鈦酸鋇BT或鋯鈦酸鉛PZT或改性鋯鈦酸鉛或偏鈮酸鉛。
[0011]所述含金屬芯壓電纖維的表面電極為縱向一片或縱向多片金屬薄層或?qū)щ娔z。
[0012]所述含金屬芯壓電纖維的表面電極為一片時，導(dǎo)線的數(shù)量為兩根，一根和金屬芯連接，一根和表面電極連接;表面電極有兩片或偶數(shù)片且對稱分布時，每個表面電極連接一根導(dǎo)線。
[0013]所述含金屬芯壓電纖維的表面包裹的絕緣膠層的材料為有機(jī)材料，特別地為固化的柔性膠，絕緣膠層頭部為球形或錐形。
[0014]所述金屬芯橫截面形狀為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形。
[0015]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理簡單、生產(chǎn)制造容易、使用方便，通過本發(fā)明，本發(fā)明型公開一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其構(gòu)成為箱體、導(dǎo)線和帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維而組成，而帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維由金屬芯、絕緣膠層、表面電極、壓電材料組成。當(dāng)有水流變化時，水流通過箱體頂端的通孔把激勵作用在帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維上，使其產(chǎn)生電壓信號。通過對電信號的分析，我們可以測量水流的變化及大小。即，通過儀器設(shè)備測出電壓值的變化情況，分析出水流的變化情況;通過儀器設(shè)備測出電壓值的大小并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測出水流的大小。
[0016]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，能檢測水流的變化、水流的大小。因其可以靈敏的實現(xiàn)對水流的測量，故可以用作水流測量感器、水流波動傳感器等。
[0017]本發(fā)明所設(shè)計的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，含金屬芯壓電纖維非常靈敏，其不僅可以靈敏的檢測到水流的變化，還可測量水流的大小。本專利提供的器件就是根據(jù)壓電效應(yīng)原理來設(shè)計的，它可以改善之前一些水流測量傳感器的一些弊端，給水流測量傳感器的發(fā)明設(shè)計提供了一個新的思路和方法。同時本發(fā)明也是仿照魚類側(cè)線系統(tǒng)發(fā)明設(shè)計，比較適合水下設(shè)備，像水下機(jī)器人等等一些。
[0018]全球壓電材料應(yīng)用的市場每年為1000億美元，本發(fā)明利用壓電材料的壓電效應(yīng)，適用在水流測量的場合，可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置主體視圖。
[0020]圖2是帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖中:I導(dǎo)線、2含金屬芯壓電纖維、3箱體、2-1金屬芯、2-2絕緣膠層、2_3表面電極、2-4壓電材料。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖以及【附圖說明】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0023]—種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，該裝置利用壓電效應(yīng)原理設(shè)計而成。其由箱體3、導(dǎo)線I和帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2而組成。帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2由壓電材料2-4、絕緣膠層2-2、表面電極2-3和金屬芯2-1組成。帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2固定在箱體低端的通孔上，通過導(dǎo)線I把表面電極2-3引出，以便測量。
[0024]選擇的，該裝置為箱體3，頂面開有一個或多個孔，箱體3內(nèi)底面上固定有一個或多個表面包裹有絕緣層的含金屬芯壓電纖維2。
[0025]選擇的，所述表面包裹有絕緣層的含金屬芯壓電纖維2位于孔的正下方，或偏離孔的正下方，且到箱體3的頂面之間留有距離或沒有距離。
[0026]選擇的，所述箱體3的橫截面為矩形，或圓形，或橢圓形，或多邊形，或卵形，或不規(guī)則多邊形，或不規(guī)則圓形，箱體的兩頭為方形，或球形，或錐形。
[0027]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2及含金屬芯壓電纖維2內(nèi)的金屬芯2-1橫截面形狀為矩形，或圓形，或橢圓形，或多邊形，或卵形，或不規(guī)則多邊形，或不規(guī)則圓形。
[0028]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2中，金屬芯2-1位于含金屬芯壓電纖維2的中心位置，或偏離中心位置。
[0029]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2中的壓電材料2-4為聚偏氟乙烯PVDF，或鋯鈦酸鉛PZT、鈦酸鋇BT、鋯鈦酸鉛PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛。
[0030]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2的表面電極為縱向一片，或縱向多片金屬薄層或?qū)щ娔z。
[0031]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2的表面電極2-3為一片時，導(dǎo)線I的數(shù)量為兩根，一根和金屬芯2-1連接，一根和表面電極2-3連接;表面電極2-3有兩片或偶數(shù)片且對稱分布時，每個表面電極連接一根導(dǎo)線
選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2的表面包裹的絕緣膠層的絕緣材料為有機(jī)材料，特別地為固化的柔性膠。
[0032]選擇的，所述含金屬芯壓電纖維2的表面包裹的絕緣膠層頭部為球形或錐形。
[0033]圖1-2描述了本發(fā)明一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置。
[0034]上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
圖1是一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置主體視圖，該裝置受到魚類側(cè)線系統(tǒng)的啟發(fā)，利用壓電效應(yīng)原理設(shè)計而成。其由箱體3、導(dǎo)線I和帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2而組成。帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2固定在箱體3低端的通孔上，通過導(dǎo)線I把電極引出，以便測量。
[0035]當(dāng)有水流變化時，水流通過箱體3頂端的通孔把激勵作用在帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2上，使其受到激勵，產(chǎn)生壓電效應(yīng)產(chǎn)生電壓信號，通過導(dǎo)線I連接到測量儀器上。通過儀器測出電壓值的變化情況，分析出水流的變化;通過儀器設(shè)備測出電壓值的大小并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢測出水流的大小。
[0036]圖2描述了帶有絕緣膠層的含金屬芯壓電纖維2的組成，在受到激勵時絕緣膠層2-2會帶動金屬芯2-1、壓電材料2-4、表面電極2-3擺動，使其發(fā)生壓電效應(yīng)。
【主權(quán)項】
1.一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:包括導(dǎo)線(I)、箱體(3)以及設(shè)置于箱體(3)內(nèi)底面上的一個或多個表面包裹有絕緣層的含金屬芯壓電纖維(2)，所述箱體(3)的頂部開有一個或多個孔； 所述含金屬芯壓電纖維(2)由金屬芯(2-1)、絕緣膠層(2-2)、表面電極(2-3)、壓電材料(2-4)組成;金屬芯(2-1)位于含金屬芯壓電纖維(2)的中心位置或偏離中心位置，壓電材料(2-4)包覆于金屬芯(2-1)上，表面電極(2-3)設(shè)置于壓電材料(2-4)上，絕緣膠層(2-2)置于整體含金屬芯壓電纖維(2)的外表面;導(dǎo)線(I)與含金屬芯壓電纖維(2)的表面電極(2-3)連接，并延伸出箱體(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2)位于孔的正下方或偏離孔的正下方，且到箱體(3)的頂面之間留有距離或沒有距離。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述箱體(3)的橫截面為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形，箱體(3 )的兩頭為方形或球形或錐形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2)橫截面形狀為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2 )中的壓電材料(2-4 )為聚偏氟乙烯PVDF或鋯鈦酸鉛PZT或鈦酸鋇BT或鋯鈦酸鉛PZT或改性鋯鈦酸鉛或偏鈮酸鉛。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2)的表面電極(2-3)為縱向一片或縱向多片金屬薄層或?qū)щ娔z。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2)的表面電極(2-3)為一片時，導(dǎo)線(I)的數(shù)量為兩根，一根和金屬芯(2-1)連接，一根和表面電極(2-3)連接;表面電極(2-3)有兩片或偶數(shù)片且對稱分布時，每個表面電極連接一根導(dǎo)線。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述含金屬芯壓電纖維(2)的表面包裹的絕緣膠層(2-2)的材料為有機(jī)材料，特別地為固化的柔性膠，絕緣膠層(2-2)頭部為球形或錐形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含金屬芯壓電纖維的水流測量裝置，其特征是:所述金屬芯(2-1)橫截面形狀為矩形或圓形或橢圓形或多邊形或卵形或不規(guī)則多邊形或不規(guī)則圓形。
【文檔編號】G01F1/56GK105928572SQ201610267426
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】邊義祥, 孫凱旋, 黃慧宇, 吳志學(xué), 靳宏, 戴隆超
【申請人】揚(yáng)州大學(xué)