專利名稱：一種用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測用傳感器領(lǐng)域，涉及用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安 裝方法和裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是一種在線無損檢測技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、土木機(jī)械等工 程結(jié)構(gòu)，用于及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷破壞，提高結(jié)構(gòu)安全性、延長產(chǎn)品服役壽命、降低運(yùn)行和維 護(hù)成本?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成1)以壓電晶片為核心元件、用 于發(fā)射和接受檢測信號的傳感器；2)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；3)數(shù)據(jù)傳輸和損傷診斷系統(tǒng)。作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件，壓電晶片的安裝方法對系統(tǒng)性能有重要影 響?，F(xiàn)有的壓電晶片的安裝方法，有粘貼式和嵌入式兩種，采用這兩種方法，壓電晶片的布 置位置一旦確定的，是無法改變的，在傳感器數(shù)量不是足夠多的情況下，某些部位的損傷是 無法監(jiān)測到的，即存在監(jiān)測盲點(diǎn)。這兩種方式還存在以下問題1)粘接界面不均一，造成 壓電晶片與待測結(jié)構(gòu)之間的能量傳遞不均一，因而需要大量實(shí)驗進(jìn)行校核；2)粘接界面與 壓電晶片壽命低于結(jié)構(gòu)壽命，且不可替換；3)傳感器位置固定，因而需要大量的傳感器以 覆蓋整個待測結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)重量增加；4)嵌入式安裝方式一般是將壓電晶片集成于結(jié)構(gòu) 中，影響了結(jié)構(gòu)完整性，也不適用于薄殼結(jié)構(gòu)，若傳感器發(fā)生故障，不易查找和更換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可方便拆卸、更換的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測用壓電晶片的安裝方 法及其裝置，使壓電晶片的安裝位置可靈活選擇、移動，壓電晶片與被測結(jié)構(gòu)能量耦合具有 重復(fù)性和均一性，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)動式的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，將壓電晶片夾放在 壓電晶片座和被測結(jié)構(gòu)表面之間，用一個開口部分緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面的凹形腔體把 壓電晶片座扣在內(nèi)部，并通過凹形腔體內(nèi)的彈簧向被測結(jié)構(gòu)表面壓迫壓電晶片座，使壓電 晶片緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面；凹形腔的殼體采用密封材料，殼體上設(shè)有可封閉的氣孔，凹形腔 體的開口部分采用可吸附在被測結(jié)構(gòu)表面的材料。所述彈簧的兩端可以安裝連接在壓電晶片座與凹形腔體內(nèi)表面之間，也可以分別 套放或卡放在壓電晶片座表面和凹形腔體內(nèi)表面所設(shè)置的凸臺或凹槽里，彈簧的自然伸縮 方向與凹形腔體的開口端面相垂直，也就是與被測結(jié)構(gòu)表面相垂直；壓電晶片座與彈簧相 連接后，在彈簧自然狀態(tài)下伸出凹形腔體的開口端面，壓電晶片座朝向被測結(jié)構(gòu)的表面可 以設(shè)有一個或兩個以上用于放置壓電晶片的凹槽，凹槽的深度小于壓電晶片的厚度，將壓 電晶片放在凹槽位置，再壓到被測結(jié)構(gòu)表面，使受壓后的壓電晶片表面能與被測結(jié)構(gòu)表面 緊密貼合。測量時可以在各個凹槽里分別放置一個壓電晶片，也可以根據(jù)需要選擇其中的凹槽放置壓電晶片。本方法利用真空吸附原理，先將凹形腔體開口部分貼合在被測結(jié)構(gòu)表面，構(gòu)成帶 有可封閉氣孔的密閉腔體，彈簧在密閉腔體內(nèi)呈壓縮狀態(tài)，頂在凹形腔體和壓電晶片座之 間，壓迫壓電晶片座，使壓電晶片緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面，然后通過氣孔減小密閉腔體內(nèi)氣 壓，使凹形腔體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，壓電晶片持續(xù)緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面，利用壓電晶 片收發(fā)診斷信號，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。減小密閉腔體內(nèi)氣壓可以通過抽真空裝置或密閉活塞裝置，也可以采用可變形凹 形腔體。采用抽真空裝置時，凹形腔體上的氣孔上裝有氣嘴，與抽真空裝置相連接，先將凹 形腔體的開口貼合在被測結(jié)構(gòu)表面形成帶有氣孔和氣嘴的密閉腔體，再用抽真空裝置抽去 密閉腔體內(nèi)的空氣，使凹形腔體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，然后封閉氣嘴。采用密閉活塞時，將凹形腔體上的氣孔與密閉活塞裝置相連通，將凹形腔體的開 口貼合在被測結(jié)構(gòu)表面形成密閉腔體后，向外拉動活塞，密閉腔體內(nèi)的氣壓減小，使凹形腔 體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，然后固定活塞位置，使其保持在增大氣體空間、減小氣壓的狀 態(tài)。采用可變形凹形腔體，通過凹形腔體彈性變形減小密閉腔體氣壓時，需要增大能 與被測結(jié)構(gòu)表面吸附的開口部分、即吸附軟體在凹形腔體中的所占比例，使吸附軟體占凹 形腔殼體的大部分面積。擠壓吸附軟體，使其彈性變形貼合在被測結(jié)構(gòu)表面，然后封閉氣 孔，待吸附軟體部分恢復(fù)形狀后，密閉腔體內(nèi)的氣體體積增大，氣壓減小，使凹形腔體緊密 吸附在被測結(jié)構(gòu)表面。凹形腔體的開口部分可以采用彈性材料，例如丁腈橡膠、聚氨酯或含乙烯基的聚 合物材料等，對于表面比較粗糙的被測結(jié)構(gòu)可以選用硅橡膠，對于具有耐油性或應(yīng)避免被 劃傷的被測結(jié)構(gòu)表面，可以選用丁腈橡膠。可根據(jù)凹形腔體的形狀、大小以及彈簧的伸縮 度，選擇彈簧彈性系數(shù)，使其彈力小于吸附力。用于本發(fā)明安裝方法的裝置，其特征在于，主要由凹形腔硬體、凹形腔吸附軟體、 壓電晶片座、壓電晶片、彈簧構(gòu)成，凹形腔硬體和凹形腔吸附軟體分別采用密封材料和可與 被測結(jié)構(gòu)表面吸附的密封材料，并緊密結(jié)合構(gòu)成密封的凹形腔體，凹形腔吸附軟體在凹形 腔體的開口處，凹形腔硬體上設(shè)有可封閉的氣孔，彈簧的兩端分別與壓電晶片座和凹形腔 硬體連接，彈簧的伸縮方向與凹形腔體的開口端面相垂直；壓電晶片座平行于凹形腔體開 口端面的截面積小于凹形腔體的開口端面面積，其高度小于凹形腔體的高度，在彈簧受壓 縮后壓電晶片座可置于凹形腔體內(nèi)，在彈簧自然狀態(tài)下壓電晶片座伸出凹形腔體的開口端 面，壓電晶片座朝向被測結(jié)構(gòu)的表面設(shè)有一個或兩個以上用于放置壓電晶片的凹槽，凹槽 的深度小于壓電晶片的厚度。凹形腔硬體的氣孔上可以安裝氣嘴，將裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面時把氣嘴與抽真 空裝置相連接，氣孔也可以與密閉活塞裝置相連通。凹形腔硬體上的氣孔與密閉活塞裝置相連通時，可以將活塞裝置的活塞筒安裝在 凹形腔體外部，在活塞筒上開兩個U型槽，活塞在活塞筒底部時，活塞手柄在U型槽里，沿著 U型槽向外拉動活塞手柄移出U形槽后，再轉(zhuǎn)動手柄使其卡放在活塞筒邊緣，使活塞保持在 增大氣體空間后的狀態(tài)。
壓電晶片座與凹形腔硬體之間可以安裝一個伸出凹形腔體的中空導(dǎo)桿，中空導(dǎo)桿 與壓電晶片座之間為固定連接，與凹形腔硬體之間裝有密封圈，凹形腔硬體和密封圈可沿 中空導(dǎo)桿移動，彈簧套在中空導(dǎo)桿上，其位置、長度和伸縮方向與未安裝中空導(dǎo)桿的裝置相 同，中空導(dǎo)桿伸出凹形腔體部分的端點(diǎn)可以封閉，也可以將中空導(dǎo)桿的中空部分作為氣孔， 而無需在凹形腔硬體上再開設(shè)氣孔，氣孔上可以安裝氣嘴，將裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面時 把氣嘴與抽真空裝置相連接；壓電晶片座以及凹形腔硬體與中空導(dǎo)桿接觸部分均可作成中 空凸臺形式，其中壓電晶片座的中空凸臺可以帶有內(nèi)螺紋，與中空導(dǎo)桿配合連接；凹形腔體 受壓后，同密封圈一起沿中空導(dǎo)桿向被測結(jié)構(gòu)滑動，密封圈使凹形腔體保持密封狀態(tài)。本發(fā)明裝置采用抽真空裝置或活塞裝置減小氣壓、吸附凹形腔體時，凹形腔體的 吸附軟體一般只起到緊密貼合到被側(cè)結(jié)構(gòu)表面的作用，凹形腔體可以主要由硬體構(gòu)成。當(dāng)利用凹形腔體變形減小密閉腔體內(nèi)氣壓，從而產(chǎn)生吸附力時，凹形腔吸附軟體 占凹形腔殼體的大部分面積，受擠壓后可大幅度彈性變形。采用可大幅度彈性變形吸附軟體時，裝置可以采用上述中空導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)，并且在凹 形腔硬體外部安裝一個密封套筒，套在中空導(dǎo)桿伸出凹形腔部分的外部，中空導(dǎo)桿上固定 安裝一個環(huán)狀密封滑塊，密封滑塊在密封套筒和中空導(dǎo)桿之間，既起密封作用，又可以隨中 空導(dǎo)桿沿密封套筒內(nèi)壁滑動，當(dāng)凹形腔吸附軟體恢復(fù)部分形狀時，帶動密封套筒向上滑動， 而中空導(dǎo)桿因彈簧壓縮不會隨著一同離開被側(cè)結(jié)構(gòu)；中空導(dǎo)桿的外端點(diǎn)可以作為氣孔，用 氣塞封閉。為連接壓電晶片上的導(dǎo)線，可以在放置壓電晶片的凹槽和壓電晶片座的一個表面 (如與彈簧連接的表面)之間開有通孔，凹槽之間也可以開有通孔，導(dǎo)線穿過通孔，延伸到 凹形腔體外，穿過凹形腔體部分采取密封措施，導(dǎo)線也可以通過氣嘴或氣孔塞穿出凹形腔 體外，穿過部分采取密封措施。本發(fā)明通過真空吸附方式將壓電晶片安裝在待測結(jié)構(gòu)表面，壓電晶片可方便地拆 卸、更換、調(diào)換安裝位置；通過調(diào)整彈簧長度和彈簧系數(shù)控制彈簧彈力，從而調(diào)整壓電晶片 相對被測結(jié)構(gòu)表面的壓緊力，保證了壓電晶片與被測結(jié)構(gòu)的耦合性能的可重復(fù)性和均一 性；用較少的壓電晶片就可以實(shí)現(xiàn)大面積薄殼結(jié)構(gòu)(如機(jī)身與機(jī)翼)的靈活監(jiān)測與診斷，從 而實(shí)現(xiàn)了機(jī)動式的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，提高了監(jiān)測與診斷效率。


圖1為一種安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置示意圖。圖中1為凹形腔硬體，2為凹形腔吸附軟體，3為壓電晶片、4為壓電晶片座、5為彈 簧、6為電源線、7為氣孔，8為氣嘴，9為連接導(dǎo)線的通孔。圖2為圖1所示的裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面后的示意圖。圖3為帶有中空導(dǎo)桿的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置示意圖。圖中10為中空導(dǎo)桿，中空部分作為氣孔7，8為氣嘴，11為密封圈。圖4為圖3所示的裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面后的示意圖。圖5為一種與密閉活塞相連的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置示意圖。圖中12為密封墊圈，13為活塞筒，14為活塞，15為活塞手柄，16為螺母。圖6為圖5所示裝置向外拉動活塞14后，活塞手柄15卡放在活塞筒13邊緣的示意圖。圖7為圖5所示裝置的外觀示意圖。圖中活塞筒13設(shè)有兩個U型槽17，可沿U型槽17向外拉動活塞手柄15，再旋轉(zhuǎn) 活塞手柄15卡放在活塞筒13邊緣。圖8為一種吸附軟體可以大幅度彈性變形的安裝壓電晶片的裝置示意圖。圖中1為凹形腔硬體，2為可大幅度變形的凹形腔吸附軟體，18為密封套筒，19為 密封滑塊，20為密封墊圈，21為氣塞。圖9為圖8所示裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面后的示意圖。圖10為一種本發(fā)明的壓電晶片座截面圖。圖中22為圓形凹槽，23為矩形凹槽，24為卡放彈簧或連接中孔導(dǎo)桿的中空凸臺， 25為凹槽間連接導(dǎo)線的通孔，9為凹槽和壓電晶片座表面間的導(dǎo)線通孔。圖11為圖10所示壓電晶片座的底視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1，一種用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法及其裝置。如圖1所示，由凹形腔硬體1、凹形腔吸附軟體2、壓電晶片3、壓電晶片座4、彈簧 5構(gòu)成；凹形腔硬體1內(nèi)、外表面以及壓電晶片座4的連接彈簧處均采用中空凸臺形式，彈 簧套在凸臺上；凸臺中心分別開有氣孔7、連接導(dǎo)線通孔9，氣孔7上裝有氣嘴8。導(dǎo)線穿出 部分采用聚氨酯材料密封。壓電晶片座4設(shè)有一個放置壓電晶片的凹槽，其深度小于壓電晶片厚度。凹形腔體的開口面和上表面均為圓形，半徑為1. 78cm,凹形腔硬體1采用不銹鋼， 凹形腔吸附軟體2采用聚氨酯，二者箍緊連接，具有密封性。彈簧自然狀態(tài)時比壓縮狀態(tài)長 Δ L = 5mm,設(shè)環(huán)境大氣壓P。= 1. 01 X IO5Pa,腔體密封后抽真空的絕對壓力P1 = IKpa,經(jīng) 計算，采用彈性系數(shù)k = ΙΟΝ/mm的彈簧，可使彈力小于吸附力。將氣嘴8與真空發(fā)生器接通，壓電晶片3在凹槽里，壓電晶片導(dǎo)線與外接電源連 接，將裝置放置在結(jié)構(gòu)表面，相對被測結(jié)構(gòu)表面垂直壓迫凹形腔，彈簧5被壓縮，壓電晶片3 緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面，凹形腔和被測結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成一個密閉腔體；起動抽真空設(shè)備，使密閉 腔體內(nèi)的絕對氣壓減小到P1 = lKPa，然后封閉氣嘴8，使整個裝置吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，如 圖2所示。最后，啟動壓電晶片電源，壓電晶片發(fā)射信號對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵，提取結(jié)構(gòu)響應(yīng)信 號，監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況。實(shí)施例2，帶有中空導(dǎo)桿的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置。如圖3、圖4所示，壓電晶片座4與凹形腔硬體1之間裝有一個伸出凹形腔體的中 空導(dǎo)桿10，中空導(dǎo)桿10與壓電晶片座4之間為固定連接，與凹形腔硬體1之間裝有密封圈 11，凹形腔硬體1和密封圈11可沿中空導(dǎo)桿10移動，彈簧5套在中空導(dǎo)桿10上，中空導(dǎo)桿 伸出凹形腔體的中空部分為氣孔7，裝有氣嘴8。壓電晶片座4的結(jié)構(gòu)如圖10、圖11所示，一面布置有5個放置壓電晶片的凹槽，其 中一個圓形凹槽22在中心位置，4個矩形凹槽23均勻分布在四周，凹槽的深度小于壓電晶片的厚度；壓電晶片座的另一面設(shè)有連接中空導(dǎo)桿10的中空凸臺24，有內(nèi)螺紋，凹槽間開 有連接電源線的通孔25，圓形凹槽23和凸臺24之間也開有有連接電源線的通孔9。凹形腔體的開口面和上表面均為圓形，半徑為2. 52cm,凹形腔吸附軟體2采用丁 腈橡膠。彈簧自然狀態(tài)時比壓縮狀態(tài)長AL= 10mm，設(shè)環(huán)境大氣壓Ptl= 1.01X IO5Pa,抽真 空后密封腔體內(nèi)的絕對壓力P1 = lKpa，計算得出采用彈性系數(shù)k= ΙΟΝ/mm的彈簧，可使彈 力小于吸附力。安裝過程同實(shí)施例1。實(shí)施例3，采用密閉活塞的壓電晶片安裝方法及其裝置。如圖5、圖6、圖7所示，安裝壓電晶片的裝置如實(shí)施例1，但在凹形腔硬體外表面上 裝有密閉活塞的活塞筒13，用密封墊圈12密封，氣孔7與活塞相連通。壓電晶片座的結(jié)構(gòu) 同實(shí)施例2。活塞14的連桿穿過活塞手柄15的中心通孔，然后用螺母16固定，可使活塞手柄 靈活轉(zhuǎn)動?；钊直?5被拉動前放在活塞筒13上的兩個U型槽17里，向外拉動活塞14至 活塞手柄移出U形槽后，轉(zhuǎn)動活塞手柄15，使其卡放在活塞筒13邊緣，就能固定活塞位置， 使活塞保持在增大氣體空間、減小氣壓后的狀態(tài)。凹形腔吸附軟體2采用硅橡膠，凹形腔體的開口面和上表面均為圓形，半徑為 2. 5cm,凹形腔體內(nèi)高度為15mm，體積約30cm3 ；活塞筒內(nèi)徑為2cm，活塞在活塞筒內(nèi)可滑動 的最大距離(即U型槽的高度)為5cm，活塞被拉出后，密閉腔體內(nèi)的總體積義=92. 83cm3, 設(shè)環(huán)境大氣壓Pq = 1. Ol X IO5Pa,則腔體內(nèi)氣壓P1 = P0V0ZV1 32643Pa，計算得出內(nèi)外壓差 產(chǎn)生的壓力為136. 71N ；彈簧自然狀態(tài)時比壓縮狀態(tài)長AL = 5mm，當(dāng)彈性系數(shù)k = 10N/mm 時，彈力為50N，遠(yuǎn)小于吸附力。安裝時，活塞14先位于活塞筒13底部，手柄15放在U型槽17里，將裝置放在結(jié) 構(gòu)表面，壓電晶片座4上的壓電晶片3與被測結(jié)構(gòu)表面接觸，相對被測結(jié)構(gòu)表面垂直方向壓 迫凹形腔，彈簧5壓縮，壓電晶片3緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面，凹形腔硬體1和被測結(jié)構(gòu)表面構(gòu) 成一個密閉腔體；拉動活塞手柄15沿著活塞筒U型槽17向外移動，當(dāng)移出U型槽時，旋轉(zhuǎn) 活塞手柄15，使其卡放在活塞筒13邊緣上。最后啟動壓電晶片電源，壓電晶片發(fā)射信號對 結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵，提取結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號，監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況。實(shí)施例4，凹形腔吸附軟體大幅度彈性變形的壓電晶片安裝方法和裝置。如圖8所示，該裝置帶有同實(shí)施例2的中空導(dǎo)桿，凹形腔硬體1外部呈凸臺形狀處 通過螺紋安裝一個密封套筒18，密封套筒18和中空導(dǎo)桿10的伸出凹形腔部分之間裝有環(huán) 狀密封滑塊19，密封套筒18和凹形腔硬體1之間有密封墊圈20，中空導(dǎo)桿10與密封滑塊 19為固定連接，可以帶動密封滑塊19沿密封套筒18內(nèi)壁滑動，吸附軟體2占凹形腔殼體的 大部分面積，氣孔7上裝有氣塞21，導(dǎo)線6從中空導(dǎo)桿10側(cè)壁伸出，用聚氨酯密封。壓電晶片座4 一面開有一個用于放置壓電晶片的圓型凹槽，另一面與中空導(dǎo)桿10 連接處為中空凸臺，內(nèi)有螺紋，與中空導(dǎo)桿10配合連接，壓電晶片凹槽和中空凸臺之間開 有連接導(dǎo)線通孔9。凹形腔體與結(jié)構(gòu)表面接觸的開口面(凹形面)和非接觸端(平行于結(jié)構(gòu)表面)均 為圓形，凹形腔硬體1材料為不銹鋼，凹形腔吸附軟體2的材料為丁腈橡膠，二者之間箍緊 連接，具有密封性。
凹形腔體與被測結(jié)構(gòu)表面平行方向的有效面積約為20cm2 (半徑r 2. 5cm)，可大 幅度變形的凹形腔吸附軟體自然狀態(tài)時的高度為25mm，設(shè)環(huán)境大氣壓Ptl = 1. 01 X IO5Pa,凹 形腔吸附軟體部分恢復(fù)形狀后的高度為10mm，腔體內(nèi)氣壓P1 = PtlVcZV1 ^ lOlOOPa，計算得 出內(nèi)外壓差產(chǎn)生的壓力為181N ；彈簧自然狀態(tài)時比壓縮狀態(tài)長Δ L = 5mm，當(dāng)彈性系數(shù)k = ΙΟΝ/mm時，彈力為50N，遠(yuǎn)小于吸附力。安裝時，壓電晶片導(dǎo)線6與外接電源連接，打開氣塞21，然后將裝置放置在結(jié)構(gòu)表 面，壓動凹形腔硬體1和密封套筒14沿著中空導(dǎo)桿10向垂直于結(jié)構(gòu)表面的方向運(yùn)動，壓縮 彈簧5，直至可大幅度變形的凹形腔吸附軟體2被壓在被測結(jié)構(gòu)表面且充分變形，使凹形腔 體體積為最小，再用氣塞21封閉中空導(dǎo)桿上的氣孔7。然后凹形腔吸附軟體2開始部分恢 復(fù)形狀，帶動密封套筒18在密封滑塊19處向上滑動，而中空導(dǎo)桿不會隨著一同離開被側(cè)結(jié) 構(gòu)，密封后的凹形腔體體積變大(如圖9所示)，形成負(fù)壓，整個裝置則吸附在被測結(jié)構(gòu)上， 密閉腔內(nèi)的壓縮彈簧5對壓電晶片座4及壓電晶片3施加壓緊力。最后啟動壓電晶片電源， 壓電晶片發(fā)射信號對結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵，提取結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號，監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況。上述四種裝置中，壓電晶片座在規(guī)格相同的情況下，不同凹槽數(shù)量的壓電晶片座 可以置換。
權(quán)利要求
一種用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，將壓電晶片夾放在壓電晶片座和被測結(jié)構(gòu)表面之間，用一個開口部分緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面的凹形腔體把壓電晶片座扣在內(nèi)部，并通過凹形腔體內(nèi)的彈簧向被測結(jié)構(gòu)表面壓迫壓電晶片座，使壓電晶片緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面；凹形腔的殼體采用密封材料，殼體上設(shè)有可封閉的氣孔，凹形腔體的開口部分采用可吸附在被測結(jié)構(gòu)表面的材料。
2.如權(quán)利要求1所述用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，所述的 彈簧的兩端分別與壓電晶片座和凹形腔體相連接，彈簧的伸縮方向與凹形腔體的開口端面 相垂直，壓電晶片座上設(shè)有一個或兩個以上用于放置壓電晶片的凹槽，凹槽的深度小于壓 電晶片的厚度；先將凹形腔體的開口貼合在被測結(jié)構(gòu)表面，構(gòu)成帶有可封閉氣孔的密閉腔 體，彈簧呈壓縮狀態(tài)，壓迫壓電晶片座，使壓電晶片緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面，然后減小密閉腔 體內(nèi)的氣壓，使凹形腔體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面。
3.如權(quán)利要求2所述的用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，凹形 腔體的氣孔裝有氣嘴，與抽真空裝置相連接，先將凹形腔體的開口貼合在被測結(jié)構(gòu)表面形 成帶有氣孔和氣嘴的密閉腔體，再用抽真空裝置減小密閉腔體內(nèi)的氣壓，使凹形腔體緊密 吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，然后封閉氣嘴。
4.如權(quán)利要求2所述的用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，將凹 形腔體上的氣孔與密閉活塞裝置相連通，將凹形腔體的開口貼合在被測結(jié)構(gòu)表面形成密閉 腔體后，向外拉動活塞，密閉腔體內(nèi)的氣壓減小，使凹形腔體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面，然 后固定活塞位置。
5.如權(quán)利要求2所述的用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法，其特征在于，凹形 腔吸附軟體占凹形腔殼體的大部分面積，擠壓吸附軟體，使其彈性變形貼合在被測結(jié)構(gòu)表 面后，封閉氣孔，使凹形腔體吸附在被測結(jié)構(gòu)表面。
6.一種安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在于，主要由凹形腔硬體、凹 形腔吸附軟體、壓電晶片座、壓電晶片、彈簧構(gòu)成，凹形腔硬體和凹形腔吸附軟體分別采用 密封材料和可與被測結(jié)構(gòu)表面吸附的密封材料，并緊密結(jié)合構(gòu)成密封的凹形腔體，凹形腔 吸附軟體在凹形腔體的開口處，凹形腔硬體上設(shè)有可封閉的氣孔，彈簧的兩端分別與壓電 晶片座和凹形腔硬體連接，彈簧的伸縮方向與凹形腔體的開口端面相垂直；壓電晶片座在 彈簧壓縮后可置于凹形腔體內(nèi)，在彈簧自然狀態(tài)下伸出凹形腔體的開口端面，壓電晶片座 朝向被測結(jié)構(gòu)的表面設(shè)有一個或兩個以上用于放置壓電晶片的凹槽，凹槽的深度小于壓電 晶片的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在于，壓 電晶片座和凹形腔硬體間裝有一個伸出凹形腔體的中空導(dǎo)桿，中空導(dǎo)桿與壓電晶片座之間 為固定連接，與凹形腔硬體之間裝有密封圈，凹形腔硬體和密封圈可沿中空導(dǎo)桿移動，彈簧 套在中空導(dǎo)桿上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在于， 凹形腔硬體上或中空導(dǎo)桿上的氣孔裝有氣嘴，將裝置吸附到被測結(jié)構(gòu)表面時氣嘴與抽真空 裝置相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在于，凹 形腔硬體上的氣孔與密閉活塞裝置相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在于，活 塞裝置安裝在凹形腔硬體外部，活塞筒上開有兩個U型凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的安裝用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的裝置，其特征在 于，凹形腔吸附軟體占凹形腔體殼體的大部分面積，受擠壓后彈性變形。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測用傳感器領(lǐng)域，涉及用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的壓電晶片的安裝方法和裝置，其特征在于，將壓電晶片放在壓電晶片座和被測結(jié)構(gòu)表面之間，用一個開口部分貼合在被測結(jié)構(gòu)表面的凹形腔體把壓電晶片座扣在內(nèi)部，并通過凹形腔體內(nèi)的彈簧將壓電晶片座壓迫在被測結(jié)構(gòu)表面，使壓電晶片緊貼在被測結(jié)構(gòu)表面；凹形腔的殼體采用密封材料，殼體上設(shè)有可封閉的氣孔，通過氣孔減小密閉腔體內(nèi)氣壓，使凹形腔體緊密吸附在被測結(jié)構(gòu)表面。本發(fā)明采用真空吸附安裝方式，壓電晶片可方便地被拆卸、更換、調(diào)換位置，其壓緊力具有可重復(fù)性和均一性，實(shí)現(xiàn)了機(jī)動式的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，提高了監(jiān)測與診斷效率。
文檔編號G01M99/00GK101915678SQ201010244359
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者柳敏靜, 武湛君, 王奕首, 高東岳 申請人:大連理工大學(xué)