一种测量冲击的探头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量冲击的探头。本发明的探头主体内活动设置冲击传导件，探头主体两端分别固定上盖帽和下盖帽，探头主体内设置有力致发光片、雪崩二极管和背景光二极管，冲击传导件的一端伸出上盖帽，另一端的球面与雪崩二极管接触，力致发光片为Al2SrO4(Dy,Eu)长余辉发光材料的片材，或石英基板上镀Al2SrO4(Dy,Eu)长余辉发光材料膜。当有冲击力传递到冲击传导件时，力致发光片因受冲击力而发光，发出的光由雪崩二极管接收放大，输出与冲击强度对应的电流信号。本发明的冲击力传感器具有结构简单、稳定性好、抗电磁干扰能力强、力-光转换部分无需电源，特别适合在电磁脉冲干扰严重的环境中使用。
【专利说明】一种测量冲击的探头
【技术领域】
[0001]本发明属于检测【技术领域】，具体涉及一种测量冲击的探头。
【背景技术】
[0002]冲击过程是物体相互碰撞或打击的过程。在碰撞或是打击过程中，物体间出现一种突然增大而后迅速消失的力，这就是冲力或是碰撞力。冲击力的特点是作用时间极短，但是量值可以达到很大。由于冲击或者碰撞的相互作用时间很短，因此要测量极短时间内的冲击或者碰撞有一定的难度。
[0003]一般利用力传感器测量冲击过程，传感器的结构形式有柱式、膜片式等结构，通过力敏感膜把力学量转换成电学信号。普通的力传感器一般通过电桥把微弱的信号检测放大，因此在力敏材料上需要供电才能正常工作，例如构成电桥。由于冲击过程产生的信号接近尖脉冲，因此外部噪声和电磁脉冲干扰也会对传统的力传感器对产生影响，导致误动作的发生。所以，发明一种全新冲击测量探头具有现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种利用长余辉发光材料SrAl2O4 (Eu, Dy)具有的力致发光特性探测冲击发生的探头。
[0005]本发明探头利用长余辉发光材料的力致发光效应，把冲击力转换为可见光，通过光纤以光的形式传递到外部进行检测。实验发现，长余辉发光材料SrAl2O4(Eu，Dy)在冲击力的作用下可以发出可见光，而且其力致发光的强度具有指数衰减特性，因此通过波形分析可以进一步排除电磁脉冲引起的干扰，由此可以提高冲击探测的可靠性。
[0006]本发明的探头包括探头主体、上盖帽、下盖帽、冲击传导件、力致发光片、背景光二极管、雪崩二极管。
[0007]所述的探头主体为圆柱体，上部外侧壁攻有螺纹；探头主体沿轴心开有冲击传导孔和检测孔，冲击传导孔和检测孔连通后贯穿探头主体的两个端面，检测孔的内径大于传导孔的内径，检测孔的侧壁攻有螺纹。
[0008]所述的上盖帽为一端开放的筒体，上盖帽与探头主体的上部螺纹连接，探头主体的顶面与上盖帽底面之间形成冲击传导腔；上盖帽的底部中心开有检测头伸出孔。
[0009]所述的下盖帽的中心开有雪崩二极管安装孔，雪崩二极管设置在雪崩二极管安装孔内，其检测线伸出下盖帽外；下盖帽与探头主体的下部螺纹连接，检测孔被下盖帽部分封闭后剩余的部分作为力致发光片安装腔，力致发光片设置在力致发光片安装腔内；力致发光片安装腔通过背景光二极管安装孔与探头主体外相通，背景光二极管设置在背景光二极管安装孔内，并对着力致发光片设置，其引线伸出探头主体外。
[0010]所述的冲击传导件依次包括位于同一轴线的检测头、定位座和顶杆，检测头和定位座均为圆柱体，检测头的直径小于定位座的直径，顶杆的一端与定位座相接，另一端的端面为球面。
[0011]冲击传导件的定位座置于冲击传导腔内，顶杆置于冲击传导孔内，检测头置于检测头伸出孔内，检测头部分伸出检测头伸出孔；定位座与上盖帽底面之间设置有复位弹簧；顶杆的球面端面与力致发光片接触。
[0012]所述的力致发光片为Al2SrO4 (Dy, Eu)长余辉发光材料的片材，或石英基板上镀Al2SrO4 (Dy, Eu)长余辉发光材料膜。
[0013]所述的背景光二极管为发射波长为的发光二极管，。
[0014]进一步，所述的雪崩二极管安装孔内设置带通滤光片，带通滤光片的中心波长为510nm、带宽为30nm，带通滤光片设置在力致发光片与雪崩二极管之间。
[0015]本发明的检测冲击的探头结构简单，对冲击的相应呈现指数衰减特性，与普通的尖脉冲形态完全不同，可以简单地通过软件区分冲击现象和电磁脉冲干扰产生的信号。同时，力致发光信号的大小代表了冲击过程的强度。该冲击力传感器具有稳定性好、抗电磁干扰能力强、力-光转换部分无需电源等优点，特别适合在电磁脉冲干扰严重的环境中使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图；
图2利用本发明的冲击探头测量到的冲击发生后力致发光强度随时间的变化曲线；
图3为利用本发明的冲击探头测量到的不同冲击力作用下力致发光传感器的响应曲线。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，一种测量冲击的探头，包括探头主体、上盖帽、下盖帽、冲击传导件、力致发光片、背景光二极管、雪崩二极管。
[0018]探头主体I为圆柱体，上部外侧壁攻有螺纹；探头主体沿轴心开有冲击传导孔1-1和检测孔1-2，冲击传导孔1-1和检测孔1-2连通后贯穿探头主体I的两个端面，检测孔1-2的内径大于传导孔1-1的内径，检测孔1-2的侧壁攻有螺纹。
[0019]上盖帽2为一端开放的筒体，上盖帽2与探头主体I的上部螺纹连接，探头主体I的顶面与上盖帽2底面之间形成冲击传导腔3 ;上盖帽2的底部中心开有检测头伸出孔2-1。
[0020]下盖帽4的中心开有雪崩二极管安装孔4-1，雪崩二极管5设置在雪崩二极管安装孔4-1内，其检测线伸出下盖帽4外，连接检测仪表；下盖帽4与探头主体I的下部螺纹连接，检测孔1-2被下盖帽4部分封闭后剩余的部分作为力致发光片安装腔，力致发光片6设置在力致发光片安装腔内；力致发光片安装腔通过探头主体I侧壁开设的背景光二极管安装孔1-3与探头主体I外相通，背景光二极管7设置在背景光二极管安装孔1-3内，并对着力致发光片6设置，其引线伸出探头主体I外，连接电源。
[0021]冲击传导件依次包括位于同一轴线的检测头8-1、定位座8-2和顶杆8-3，检测头8-1和定位座8-2均为圆柱体，检测头8-1的直径小于定位座8-2的直径，顶杆8_3的一端与定位座8-2相接，另一端的端面为球面。
[0022]冲击传导件的定位座8-2置于冲击传导腔3内，顶杆8-3置于冲击传导孔1_1内，检测头8-1置于检测头伸出孔2-1内，检测头8-1部分伸出检测头伸出孔2-1 ;定位座8-2与上盖帽2底面之间设置有复位弹簧9 ;顶杆8-3的球面端面与力致发光片6接触。
[0023]力致发光片采用Al2SrO4(Dy, Eu)长余辉发光材料的片材，或石英基板上镀Al2SrO4 (Dy, Eu)长余辉发光材料膜。
[0024]背景光二极管采用发射波长为的发光二极管，。
[0025]本发明中背景光二极管用于激发力致发光片中的电子进入陷阱能级，当有冲击发生时，冲击传导件的球面端面下压，冲击力致发光片，导致陷阱能级中的电子释放，使力致发光片发光，发出的光由雪崩二极管接收放大，输出与冲击强度对应的电流信号。冲击传导件与探头主体之间设置有复位弹簧，以保证在没有收到冲击时冲击传导件处于自由状态。为了避免背景光二极管发出的光被雪崩二极管接收到产生高的背景信号，背景光二极管工作处于定时脉冲模式，即每隔一段时间发出脉冲，以维持陷阱中有足够的电子产生余辉。探头在背景光二极管发出脉冲时停止工作，在背景光脉冲结束后开始继续检测。在本模式下，探头信号的信背比高，比较容易检测，但在背景脉冲光照时间处于停止检测状态。
[0026]本发明的探头可以在雪崩二极管安装孔4-1内设置带通滤光片10，带通滤光片的中心波长为510nm、带宽为30nm。带通滤光片10设置在力致发光片6与雪崩二极管5之间。增加带通滤光片后，背景光二极管7可以连续发出脉冲，带通滤光片可以滤除背景光源被Al2SrO4 (Dy, Eu)散射后的蓝光被雪崩二极管5接收，可以实现连续检测，但该模式下相对信号的信背比低。
[0027]图2为一个质量为1mg的小球从200mm的高度落下，撞击在检测头后引起的力致发光强度随时间变化的曲线。可以清楚地看出，小球撞击后，发光强度迅速增强，随后按指数规律衰减。
[0028]图3为一个质量为1mg的小球分别从100、200、300、400、500mm高度落下，撞击在检测头后，力致发光强度随高度的变化曲线。可见，小球的初始高度越高，对应的冲击力越大，力致发光信号的强度也越大。
【权利要求】
1.一种测量冲击的探头，包括探头主体、上盖帽、下盖帽、冲击传导件、力致发光片、背景光二极管、雪崩二极管，其特征在于: 所述的探头主体为圆柱体，上部外侧壁攻有螺纹；探头主体沿轴心开有冲击传导孔和检测孔，冲击传导孔和检测孔连通后贯穿探头主体的两个端面，检测孔的内径大于传导孔的内径，检测孔的侧壁攻有螺纹； 所述的上盖帽为一端开放的筒体，上盖帽与探头主体的上部螺纹连接，探头主体的顶面与上盖帽底面之间形成冲击传导腔；上盖帽的底部中心开有检测头伸出孔； 所述的下盖帽的中心开有雪崩二极管安装孔，雪崩二极管设置在雪崩二极管安装孔内，其检测线伸出下盖帽外；下盖帽与探头主体的下部螺纹连接，检测孔被下盖帽部分封闭后剩余的部分作为力致发光片安装腔，力致发光片设置在力致发光片安装腔内；力致发光片安装腔通过背景光二极管安装孔与探头主体外相通，背景光二极管设置在背景光二极管安装孔内，并对着力致发光片设置，其引线伸出探头主体外； 所述的冲击传导件依次包括位于同一轴线的检测头、定位座和顶杆，检测头和定位座均为圆柱体，检测头的直径小于定位座的直径，顶杆的一端与定位座相接，另一端的端面为球面； 冲击传导件的定位座置于冲击传导腔内，顶杆置于冲击传导孔内，检测头置于检测头伸出孔内，检测头部分伸出检测头伸出孔；定位座与上盖帽底面之间设置有复位弹簧；顶杆的球面端面与力致发光片接触； 所述的力致发光片为Al2SrO4 (Dy, Eu)长余辉发光材料的片材，或石英基板上镀Al2SrO4 (Dy, Eu)长余辉发光材料膜； 所述的背景光二极管为发射波长为的发光二极管。
2.如权利要求1所述的一种测量冲击的探头，其特征在于:所述的雪崩二极管安装孔内设置有带通滤光片，带通滤光片的中心波长为510nm、带宽为30nm，带通滤光片设置在力致发光片与雪崩二极管之间。
【文档编号】G01L5/00GK104458089SQ201410678277
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】季振国, 李鹤, 沈冬冬 申请人:杭州电子科技大学