泄露检测器、泄露检测方法及配管网的监视装置的制造方法_4

文档序号:9493515阅读:来源:国知局
件(9)的中央部支承?周缘部层叠重物,从而压缩变形变小、弯曲变形 变大,能够与双臂支承同等程度地将弹性常数k设定得较大。
[0162] 上述各实施方式中,通过在压电元件(9)的上表面层叠重物(24) (28) (31) (33)而 施加负载,但是也可以将重物以悬挂的方式固定于压电元件的下表面,以对压电元件施加 负载。另外,也可以取代用作为支承机构的支柱(27) (29) (30) (32)的上端部支承压电元件 (9)的方式,而将压电元件以悬挂的方式支承于支承机构的下端部。将该例子示于图13到 图15。
[0163] 图13所示的第5实施方式的泄露检测器(6)中,基座(34)设为具有底壁(34a)、 顶壁(34b)及侧壁(34c)的立方体的中空状,在顶壁(34b)下垂状地设置有柱状的支承机 构(35)。压电元件(9)设为图10所示的长方形。在压电元件(9)的两面通过涂敷银糊而 形成有上下一对薄膜电极(22) (23)。压电元件(9)隔着上侧的薄膜电极(22),其中央部上 表面被固定于支承机构(35)的下端面。重物(36) (37)使用2个立方体状的重物,其上表 面分别粘接于下侧的薄膜电极(23)的两端部的下表面。支承机构(35)的下端部与上侧的 薄膜电极(22)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安装有引线(25) (26)。在引线(25) (26) 连接有解析装置(8),由此,测定上下一对薄膜电极(22) (23)间的电位差并记录于解析装 置⑶。
[0164] 该实施方式(第5实施方式)中,支承压电元件(9)的中央部而将重物(36) (37) 负载与压电元件(9)的两端部,能够与第2~第4实施方式同样地将弹性常数k设定得较 大。
[0165] 此外,图13中,也可以设为,将压电元件(9)变更为圆形状或方形状并且将重物 (36) (37)变更为圆筒状或棱筒状的实施方式(与图11及图12所示的第4实施方式相似的 实施方式)。
[0166] 图14中示出悬臂支承的情况下变形例。在该图所示的第6实施方式的泄露检测 器(6)中,基座(38)设为具有底壁(38a)、顶壁(38b)及侧壁(38c)的立方体的中空状,在 顶壁(38b)的端部附近垂下状地设置有柱状的支承机构(39)。压电元件(9)设为图10所 示的长方形。在压电元件(9)的两面通过涂敷银糊而形成有上下一对薄膜电极(22) (23)。 压电元件(9)为被悬臂支承、S卩、一端部隔着上侧的薄膜电极(22)被固定于支承机构(39) 的下表面而另一端成为自由端。重物(40)设为立方体状并层叠于压电元件(9)的另一端。 支承机构(39)的下端部与上侧的薄膜电极(22)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安装有 引线(25) (26)。在引线(25) (26)连接有解析装置(8),由此,测定上下一对薄膜电极(22) (23)间的电位差并记录于解析装置(8)。
[0167] 该实施方式(第6实施方式)中,支承压电元件(9)的一端部而将重物(40)负载 于压电元件(9)的另一端,也能够起到与图8所示的第2实施方式同样的特性。
[0168]图15中示出悬臂支承的情况下的其他变形例。在该图所示的第7实施方式的泄 露检测器(6)中,基座(41)设为具有底壁(41a)、顶壁(41b)及侧壁(41c) (41d)的立方体 的中空状。而且,设为不在顶壁(41b)设置支承机构而将任一侧壁(41d)作为支承机构使用 的结构,压电元件(9)设为图10所示的长方形,其一端部被固定于侧壁(支承机构)(41d)。
[0169] 在压电元件(9)的两面,通过涂敷银糊而形成有上下一对薄膜电极(22) (23)。重 物(42)设为立方体状,其上表面粘接于下侧的薄膜电极(23)的另一端的下表面。被设为 支承机构的侧壁(41d)与上下的薄膜电极(22) (23)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安 装有引线(25) (26)。在引线(25) (26)连接有解析装置(8),由此,测定上下一对薄膜电极 (22) (23)间的电位差并记录于解析装置(8)。
[0170] 该实施方式(第7实施方式)中,支承压电元件(9)的一端部而将重物(42)负载 于压电元件(82)的另一端,也能够起到与图8所示的第2实施方式同样的特性。
[0171] 根据第2到第7实施方式,压电元件(9)仅一部分被支承于基座(21) (34) (38) (41),重物(28) (31) (36) (37) (40) (43)被负载于压电元件(9)的未被基座(21) (34) (38) (41)的部分,能够利用弯曲变形,从而能够容易地将重物(28) (31) (36) (37) (40) (43)负载 于压电元件(9)的系统的共振频率设定为所期望的较小的值,在这一点上,与第1实施方式 的压电元件(9)的整个面被支承而整个面地被重物(24)负载的方式相比,是有利的。
[0172] 如图16所示,泄露检测器(6)的第8实施方式具备:铁制的基座(21);层叠体 (51) ,由上下压电元件层(9A) (9B)及介于上下压电元件层(9A) (9B)之间的加强材料层 (52) 形成;下端部被固定于基座(21)而用上端部支承层叠体(51)的支柱(支承机构) (27);被层叠于层叠体(51)的反固定侧的端部上的重物(28)。
[0173] 在压电元件层(9A)(9B),通过在上下两面涂敷银糊而形成有薄膜电极(22A) (23A)(22B) (23B)。
[0174] 支柱(27)与薄膜电极(22A) (23A) (22B) (23B)之间绝缘,在上侧压电元件层(9A) 的上侧的薄膜电极(22A)与下侧压电元件层(9B)的下侧的薄膜电极(23B)安装有信号提 取用的引线(25) (26)。上侧压电元件层(9A)的下侧的薄膜电极(23A)与下侧压电元件层 (9B)的上侧的薄膜电极(22B)通过电线(53)而连接。在引线(25) (26)连接有解析装置 (8),由此,测定上侧的薄膜电极(22A)与下侧的薄膜电极(23B)之间的电位差并记录于解 析装置(8)。
[0175] 该实施方式中,支柱(27)对层叠体(51)的支承被设为悬臂支承,层叠体(51)的 一端部被支承于支柱(27)的上端部,重物(28)被层叠于层叠体(51)的另一端部。
[0176] 压电元件层(9A) (9B)由聚偏氟乙烯的拉伸膜形成。压电元件层(9A) (9B)的一端 被支承,从而弹性常数k可如下这样表示:k= 3EJ/L3(J=bh3/12)E:压电材料的弹性常数 J:截面惯性矩L:长度(图16的左右方向的尺寸)b:宽度(图16的纸面表里方向的尺寸) h:高度(图16的上下方向的尺寸)。
[0177] 由层叠体(51)与重物(28)形成的系统的共振频率fo=V(k/M)/2π被设定为 10Hz~1000Hz。由此,根据该实施方式的泄露检测器(6),能够设为对于由聚氯乙烯制这样 的合成树脂管的漏水产生的振动声的灵敏度高的泄露检测器。
[0178] 在上述泄露检测器(6)中,压电元件层(9A) (9B)被层叠于加强材料层(52)。关于 其作用效果,参照图17及图18进行说明。
[0179] 首先,如图17(a)所示,在无加强材料层的压电元件层(9)仅为1层的情况下,若 对其施加振动,则反复图17(b)所示的向上凸的状态和图17(c)所示的向下凹的状态。图 17(b)中,上表面被拉伸、下表面被压缩,图17(c)中,上表面被压缩、下表面被拉伸。这样, 通过在压电元件层(9)的面方向上作用拉伸应力或压缩应力,从而在厚度方向上产生于拉 伸或压缩相应的正或负的电位差。因此,通过提取该电位差作为信号,能够检测出振动的大 小。
[0180] 在此,图17中,用单点划线所示的压电元件层(9)的中立轴与压电元件层(9)的 中心面一致,而位于压电元件层(9)的厚度内。因此,有在压电元件层(9)内部产生的正负 的电位相互消减、电位差被抵消且信号强度降低这一问题。
[0181] 相对于此,如图18(a)所示,在加强材料层(52)的上下面层叠有上下压电元件层 (9A) (9B)的情况下,若对施加振动,则反复图18(b)所示向上凸的状态和图18(c)所示向下 凹的状态。由此,与图17的情况相同地,通过在压电元件层(9A) (9B)的面方向上作用拉伸 应力或压缩应力,在厚度方向上产生与拉伸或压缩相应的正或负的电位差。图18中,不同 于图17的情况之处在于:不是在各压电元件层(9A) (9B)的内部产生正及负的两种电位,而 是在上侧的压电元件层(9A)整体产生正(或负)的电位差、并且在下侧的压电元件层(9B) 整体产生负(或正)的电位差。因此,使在压电元件层内部产生的正负的电位相互消减、电 位相互消减而使电位差抵消且信号强度降低这一问题得到消除,通过提取该电位差作为信 号,从而高灵敏度地检测出振动的大小。
[0182]S卩、根据图16所示的泄露检测器(6),上下压电元件层(9A) (9B)的位置从层叠体 (51)的中立轴(该实施方式中,与加强材料层(52)的中心面一致)离开,能够使电位差信 号输出(灵敏度)变大。
[0183] 图16所示的泄露检测器(6)中,在加强材料层(52)的上下两方设置有压电元件 层(9A) (9B),但是也可以在上下任一方设置有压电元件层(9A) (9B)。另外,图中,将上下压 电元件层(9A) (9B)分别用1层来表示,但是各压电元件层(9A) (9B)并不限定于用1枚膜 状压电元件形成,优选,通过重叠多枚膜状压电元件而形成。
[0184] 不管怎样,层叠体(51)的中立轴与上下压电元件层(9A) (9B)离得越远越好。优 选,上下压电元件层(9A) (9B)与加强材料层(52)的边界面距中立轴的距离为层叠体(51) 的总厚度的1/10以上,更优选设为1/6以上。
[0185] 关于层叠体(51)的中立轴,将压电元件层(9A) (9B)的弹性模量设SEi、将厚度设 为比、将加强层(52)的弹性模量设为^、将厚度设为h2,如图21所示按下式求解从层叠体 (51)的上表面到中立轴的距离hna。
[0186] hna={(E^2)^ (^/2)+^(^+^/2) }/{(E1/E2)h1+h2}
[0187] 在层叠多枚膜状压电元件的情况下,只要隔着绝缘层1枚1枚地层叠在上下两面 形成有薄膜电极的膜状压电元件、并按每个上下对应的压电元件层的组来设置引线而提取 信号即可。
[0188] 在层叠多枚膜状压电元件的情况下,也可以如图19(第2实施方式)所示,将在 上下两面形成有薄膜电极的膜状压电元件设为长条状,将其折叠成曲折状从而成为由3层 带薄膜电极(22a) (22b) (22c)的膜状压电元件(9a) (9b) (9c)形成的层叠构造。引线(25) (26)设置为将最上侧的薄膜电极(22a)与最下侧的薄膜电极(用符号(22c)所示的薄膜电 极的里侧的薄膜电极)相连接。该情况下,例如,使用符号(22b)所示的薄膜电极与用符号 (22c)所示的薄膜电极重合,两者分别是原本处于压电元件层(9)的同一侧的薄膜电极,所 以不会短路。因此,无需绝缘层,无需将各个薄膜电极连接,所以与隔着绝缘层1枚1枚地 层叠膜状压电元件的情况相比,能够简单地得到层叠构造。
[0189] 图20中示出:相对于加强材料层(52)的中心面上下对称地在下侧也配置有图 19所示的由折叠成曲折状的3层膜状压电元件(9a) (9b) (9c)形成的层叠构造的实施方式 (第10实施方式)。
[0190] 图20中,上侧的压电元件层(9A)中与加强材料层(52)接触的膜状压电元件(9c) 的下侧的薄膜电极(用符号(22c)表示的薄膜电极的里侧的薄膜电极)与、下侧的压电元 件层(9B)中与加强材料层(52)接触的膜状压电元件(9f)的上侧的薄膜电极(22f),分别 是处于原本的长条状压电元件膜的同一侧的薄膜电极,它们通过电线(53)相连接。另外, 上侧的压电元件层(9A)中处于最上侧的膜状压电元件(9a)的上侧的薄膜电极(22a)与、 下侧的压电元件层(9B)中处于最下侧的膜状压电元件(9d)的下侧的薄膜电极(用符号 (22d)表示的薄膜电极的里侧的薄膜电极)分别是与处于原本的长条状压电元件膜的同一 侧且用上述电线(53)相连接薄膜电极相反的薄膜电极,引线(25) (26)与它们相连。
[0191] 该实施方式中,通过将膜状压电元件(9a
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