一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置及其应用的制作方法

1.本发明是一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置，属于电子传感器技术领域。


背景技术：

2.在声音测控领域，压电陶瓷片的应用比较广泛，在常规设计中，多是外界声音通过壳体、空气传递给压电陶瓷片，从而使压电陶瓷片受到声波的振动冲击激发出传感电流信号。这类设计灵敏度不高，感应距离近，准确度差，使压电陶瓷片在声音传感方面的应用受到了很大的局限。例如，专利号200510089078.6的“压电声敏传感器”的专利，由于感应灵敏度低、准确度差，只能检测距离较近、声音很大的设备运行状况的噪音信号。目前应用于供水管网测漏的声音传感器，也多采用压电陶瓷片方式，由于其传感灵敏度低的局限，只能检测距离较近、声音较大的漏点，这使得管网测漏的技术无法得到普遍的应用，成为了物联网、大数据等现代技术应用中不可逾越的难点。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置，通过重锤技术方案，大幅提高压电陶瓷片对声音传感的灵敏度，从而达到对距离远、能量小的声音的远距离准确测量，实现管网漏水、电网漏电、噪音污染等远距离声音检测的精准化。
4.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
5.一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置，包括壳体，壳体内设有压电陶瓷片，压电陶瓷片水平安装在壳体内，压电陶瓷片的边缘与壳体的内壁固定，压电陶瓷片的传感区域上下都空置；
6.所述振动传感装置还包括重锤，重锤放置在压电陶瓷片中心的上方。
7.进一步的，所述重锤与壳体和压电陶瓷片均不做紧固连接，通过重锤自身重量放置在压电陶瓷片上。
8.进一步的，所述重锤的外围设有导向机构，导向机构的一端固定在壳体的内壁上，导向机构的另一端是光滑的，与重锤接触，导向机构用于扶着重锤使其能够竖直站立，同时重锤与导向机构不产生摩擦阻力，使重锤在受到声音振动时能够上下充分运动，将全部重量和振动能量传递在压电陶瓷片上。
9.进一步的，所述导向机构包括导向架，导向架的一端固定在壳体的内壁上，导向架的另一端为自由端，导向架的自由端安装有滑轮。
10.进一步的，所述导向架的自由端采用光滑端头。
11.进一步的，所述导向机构采用牵引索的方式。
12.进一步的，所述压电陶瓷片的下方设有磁钢，用于吸合放置到金属供水管道上。
13.进一步的，所述重锤的形状为圆柱或方柱型，其下端可以是笔形、球形、锥形。
14.进一步的，在壳体上端设有悬挂台，悬挂台上设有凹型槽和长条孔，在重锤的上段
设有挡销，挡销提起来放置到凹型槽上，重锤下端便与压电陶瓷片不接触；挡销水平转90度，挡销就从长条孔落下，重锤便落在压电陶瓷片上。
15.进一步的，在重锤的上端壳体上，设置有密封压盖，用于重锤和壳体密封。
16.一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置的应用，所述传感装置安装在供水管道上，当供水管道上外界振动声源传递到所述传感装置时，压电陶瓷片会跟随壳体同步波动，此前重锤是相对静止的，当压电陶瓷片波动向下时，重锤会因自身重力而跟随向下，而当压电陶瓷片振动幅度触底反弹时，遇到正在下降的重锤，压电陶瓷片与重锤便会产生较为强烈的撞击，产生一个较大的传感电流信号；
17.然后压电陶瓷片波动上升，重锤也跟随上升，由于重锤重力影响，此时压电陶瓷片承受的是一个相对大的压力，当压电陶瓷片向上的振幅到顶后，重锤由于惯性继续向上或原地保持一定的时间，这时压电陶瓷片由于负担的压力释放从而产生一个传感电流，这样由于重锤的作用，可以使传感装置持续输出强烈的信号
18.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
19.通过设计重锤技术方案，大幅提高压电陶瓷片对声音传感的灵敏度，从而达到对距离远、能量小的声音的远距离准确测量，实现管网漏水、电网漏电、噪音污染等远距离声音检测的精准化。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
21.图1为本发明中高灵敏压电陶瓷振动传感装置的结构示意图；
22.图2为图1的俯视图；
23.图3为本发明中传感装置的应用示意图；
24.图4为本发明中无滑轮导向架的传感装置的结构示意图；
25.图5为本发明中牵引索导向架的传感装置的结构示意图；
26.图6至图8为本发明中悬挂台与密封压盖的结果示意图；
27.图9至图13为本发明的传感装置与未加重锤的传感装置的测试结果曲线图；
28.附图中1、压电陶瓷片；2、重锤；3、滑轮；4、导向架；5、壳体；6、磁钢；7、牵引索；8悬挂台；9挡销；10、密封压盖；11、凹型槽；12、长条孔。
具体实施方式
29.实施例1，如图1至图3所示，一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置，包括壳体5，壳体5内设有压电陶瓷片1，压电陶瓷片1作为传感元件，水平安装在壳体5内，压电陶瓷片1的边缘与壳体5的内壁固定，压电陶瓷片1的传感区域上下都空置。
30.所述振动传感装置还包括重锤2，重锤2放置在压电陶瓷片1中心的上方，重锤2与壳体5和压电陶瓷片1均不做紧固连接，只是通过重锤2自身重量放置在压电陶瓷片1上。
31.所述重锤2的形状为圆柱或方柱型，其下端可以是笔形、球形、锥形，重锤2材料可以是比重较大的金属或非金属材料，重量可以根据设计需求调整。
32.所述重锤2的外围设有导向机构，导向机构用于扶着重锤2使其能够竖直站立，同时与导向机构不产生摩擦阻力，以便使重锤2在受到声音振动时能够上下充分运动，将全部重量和振动能量传递在压电陶瓷片1上。
33.所述导向机构包括导向架4，导向架4的一端固定在壳体5的内壁上，导向架4的另一端为自由端，导向架4的自由端安装有滑轮3，导向架4和滑轮3用于扶着重锤2使其能够竖直站立，滑轮3使得重锤2与导向架4的自由端不产生摩擦阻力，以便使重锤2在受到声音振动时能够上下充分运动，将全部重量和振动能量传递在压电陶瓷片1上。
34.如图4所示，所述导向架4的自由端还能够采用光滑端头的方式，光滑端头同样能够使得重锤2与导向架4的自由端不产生摩擦阻力。
35.如图5所示，所述导向机构采用牵引索的方式。
36.所述压电陶瓷片1的下方设有磁钢6，用于吸合放置到金属供水管道上。
37.如图6至图8所示，在壳体5上端设有悬挂台8，悬挂台8上设有凹型槽11和长条孔12，在重锤2的上段设有挡销9，挡销9提起来放置到凹型槽11上，重锤2下端便与压电陶瓷片1不接触；挡销9水平转90度，挡销9从长条孔12落下，重锤2便落在压电陶瓷片1上，悬挂台8、挡销9的作用，是防止传感器在搬运和存放过程中，重锤对压电陶瓷片的冲击损坏，只有在传感器进入应用现场时，重锤才下落到压电陶瓷片上。
38.进一步的，在重锤2上端的壳体5上，设置有密封压盖10，用于重锤2和壳体5的密封。
39.当外界声源传递到本装置时，壳体5、重锤2、压电陶瓷片1都将产生振动，但由于重锤2的悬浮和重量，重锤2的振动能量直接传递到压电陶瓷片1上，使压电陶瓷片1的表面产生了比声音通过空气的传感大得多的冲击力，从而使距离很远、非常微小的声音也能传感出来，大大提高了压电陶瓷片1的传感灵敏度。
40.一种高灵敏压电陶瓷振动传感装置的应用，具体分析，当外界振动声源传递到本装置时，压电陶瓷片1会跟随壳体5同步波动，此前重锤2是相对静止的，当压电陶瓷片1波动向下时，重锤2会因自身重力而跟随向下，而当压电陶瓷片1振动幅度触底反弹时，遇到正在下降的重锤，这时压电陶瓷片1与重锤2便会产生较为强烈的撞击，产生一个较大的传感电流信号。然后压电陶瓷片1波动上升，重锤2也跟随上升，由于重力影响，此时压电陶瓷片1承受的是一个相对大一些的压力，当压电陶瓷片1向上的振幅到顶后，重锤2由于惯性继续向上或原地保持一定的时间，这时压电陶瓷片1由于负担的压力释放从而产生一个传感电流。这样由于重锤2的作用，可以使传感装置持续输出强烈的信号。此信号经过采集、放大、处理、标定之后，可以比较准确地判断出振动声源信号的强弱，因而推断出振动声源的大小和远近。
41.通过在同等条件下，未加重锤的压电陶瓷片声音传感器与本发明所述的加重锤的压电陶瓷片振动传感装置进行测试，测试结果如下：
42.一、测试条件：将传感装置安放在自来水管上距离水龙头10米远的地方，调整水龙头大小观察效果，出水口为普通四分水嘴(用水龙头模拟漏水点)。
43.1、未加重锤的传感装置(现有技术)，水龙头全开时，传感装置在示波器200mv档位只有正负10mv的电压信号输出，如图9所示。
44.2、加放重锤后的传感装置，水龙头开至三分之一时就有正负300mv的电压信号输
出，如图10所示。
45.3、加放重锤后的传感装置，水龙头全开时有正负800mv的电压信号输出，如图11所示。
46.通过对比可以看出，传感装置未加重锤时，无论水量大小，传感装置在示波器200mv档位仅有10mv的信号输出；传感装置加放重锤后，水龙头开至三分之一时有300mv的电压信号输出；传感装置加放重锤，水龙头全开时有800mv的电压信号输出，通过以上试验，可以看出本发明所述的传感装置与未加重锤的传感装置相比，本发明所述传感装置灵敏度要高很多。
47.二、测试条件:将传感装置安放在自来水管上距离水龙头100米远的地方，水龙头全开观察效果，出水口为普通四分水嘴。
48.1、未加重锤的传感装置，水龙头全开时，传感装置在示波器100mv档位几乎没有电压信号输出，如图12所示。
49.2、加放重锤的传感装置，水龙头全开时，传感装置在示波器100mv档位显示200mv电压信号输出，如图13所示。
50.通过对比可以看出，测试距离100米远的情况下，未加重锤的传感装置(现有技术)，已检测不到漏点信号，而加了重锤后的传感装置在同样的测试距离下具有较强的传感信号，通过以上试验，可以看出本发明所述的传感装置与未加重锤的传感装置相比，本发明所述传感装置可有效地检测到声音信号的距离要远。
51.通过测试可见，与以往没有重锤设计的压电陶瓷片声音传感器相比，本发明所述的传感装置的灵敏度要高很多，可有效地检测到距离较远、更加微小的声音信号，可广泛的应用于管网漏水检测、电网漏电打火检测、以及其它声音或噪音的检测等。
52.本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。