CN111366183A - 一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头 - Google Patents

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CN111366183A CN202010174700.8A CN202010174700A CN111366183A CN 111366183 A CN111366183 A CN 111366183A CN 202010174700 A CN202010174700 A CN 202010174700A CN 111366183 A CN111366183 A CN 111366183A
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丁杰城
袁博
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Abstract

本发明属于主动式压电元件检测领域，公开了一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头，该移动式探头以弓形连接件为基本，通过两颗对称的连接螺栓连接真空吸附装置，并在弓形连接件顶部下端面连接压电促动器；压电促动器通过球头轴承连接件连接到夹具外壳，夹具外壳中放置压力传感器与压电晶片。通过真空吸附装置保证结构在可靠吸附于被测试件表面的同时，能够通过调节连接螺栓的位置，适应于不同厚度的压电晶片；能够对压电晶片与被测试件间的压紧力进行检测与调节；利用压电促动器对压电晶片与被测试件间施加压紧力，同时通过球头轴承连接件的微调作用，能保证压电晶片受力的均匀性及其与被测试件间耦合层厚度的均匀性。

Description

一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头
技术领域
本发明属于主动式压电元件检测领域，具体的为一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头。
背景技术
目前，主动式压电元件检测技术(如电阻抗法、超声法等)属于测量精度较高，在不破坏结构的完整性进行检测的一种比较好的检测方法。但是其中尤为重要的是压电元件在结构上的安装方式。目前通常采用的方式是将压电元件粘贴在结构表面。但这种方式存在以下问题：
1)安装过程中由于操作不当，压电元件可能会出现破损，导致性能缺陷；
2)粘贴操作需要经验丰富的操作者进行，且需要长时间保持压力以确保安装性能，等待时间长；
3)胶层性能受环境因素影响大(温度、湿度)，难以确保粘贴质量；
4)压电元件使用过程中存在脱落风险，极端情况下会导致设备故障；
在现有的与本结构专利相似的专利中，【201010244359.5】的压电晶片与被测结构间的压紧力通过弹簧实现，而本专利中的压紧力通过压电促动器加载实现，可在吸附状态下连续精确调整。且本专利采用了球头部件，可保证压电晶片受力方向与其轴线平行，保证压电晶片受力的均匀性及其与被测试件间耦合层厚度的均匀性。
发明内容
本发明的目的是解决现有的主动式压电元件检测方法中压电元件需要粘贴的问题，提供一种适用于基于主动式压电元件检测方法的移动式探头。满足通过真空吸附装置保证结构在可靠吸附于被测试件表面的同时，能够通过调节连接螺栓的位置，适应于不同厚度的压电晶片；能够对压电晶片与被测试件间的夹紧力进行检测与调节；利用压电促动器对压电晶片与被测试件间施加压紧力，同时通过球头轴承连接件的微调作用，能保证压电晶片受力的均匀性及其与被测试件间耦合层厚度的均匀性。
本发明的技术方案：
一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头，包括弓形连接件1、压电促动器2、球头轴承连接件3、夹具外壳4、压力传感器5、连接螺栓6、压电晶片7和真空吸附装置8；弓形连接件1顶端带有螺栓孔处通过螺栓与压电促动器2连接，弓形连接件1远离顶端螺栓孔的一端设有两个螺栓孔，通过连接螺栓6与真空吸附装置8连接，连接螺栓6与弓形连接件1相对位置固定，通过调节连接螺栓6在真空吸附装置8的滑槽中的位置，来调节压电晶片7下表面与真空吸附装置8的吸附作用面的相对高度，以适应于不同厚度的压电晶片7；球头轴承连接件3上端通过螺纹与压电促动器2连接，下端通过螺栓与夹具外壳4连接；夹具外壳4中放置压力传感器5与压电晶片7，其中压电晶片7的上表面与压力传感器5的下表面接触。
本发明的实施步骤为：
1)依次将弓形连接件1、压电促动器2、球头轴承连接件3、夹具外壳4、压力传感器5和压电晶片7进行安装；
2)在压电晶片7底部涂抹耦合剂，然后使其与被测试件表面接触，并放置于被测试件上方；
3)将上述安装好的夹具通过连接螺栓6与真空吸附装置8连接，调节二者的相对位置及球头轴承连接件3摆角，确保压电晶片7与被测试件表面接触，且压电晶片7轴线与被测试件表面垂直，开启真空吸附装置8，将移动式探头吸附于被测试件表面；
4)在上述完成的基础上，通过PC端控制驱动器，驱动压电促动器2，并根据压力传感器5返回值进行闭环控制，保证压紧力达到要求值；
5)确认移动式探头各部分连接稳定，工作正常，即可开始测试。
本发明的有益效果：本发明提出的一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头可吸附于任何待测物体的表面，而无需额外的夹持设备。在稳定吸附的同时，可通过调节压电促动器的驱动电压对压电晶片与被测试件间的压紧力进行调节，保证压紧力准确达到要求值，同时通过调节球头轴承连接件摆角，确保压电晶片与被测试件表面接触，且压电晶片轴线与被测试件表面垂直，最终达到保证压电晶片受力的均匀性及其与被测试件间耦合层厚度的均匀性的效果。
附图说明
图1为本发明的一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头的主视图；
图2为本发明的一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头的左视图；
图3为本发明的一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头沿图2中A-A方向的剖视图；
图4为本发明的一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头沿图2中B-B方向的剖视图；
图中：1弓形连接件；2压电促动器；3球头轴承连接件；4夹具外壳；5压力传感器；6连接螺栓；7压电晶片；8空吸附装置；9螺母。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头，包括弓形连接件1、压电促动器2、球头轴承连接件3、夹具外壳4、压力传感器5、连接螺栓6、压电晶片7和真空吸附装置8。以弓形连接件1为基础，其顶端有螺栓孔，通过螺栓与压电促动器2连接，远离顶端螺栓孔的一端有两个螺栓孔，通过连接螺栓6与真空吸附装置8连接，连接螺栓6与弓形连接件1相对位置固定，通过调节连接螺栓6在真空吸附装置8的滑槽中的位置，来调节压电晶片7下表面与真空吸附装置8的吸附作用面的相对高度，以适应于不同厚度的压电晶片7。球头轴承连接件3上端通过螺纹与压电促动器2连接，下端通过螺栓与夹具外壳4连接。夹具外壳4中放置压力传感器5与压电晶片7，其中压电晶片7的上表面与压力传感器5的下表面接触。
本发明的实施步骤为：
1)将压力传感器5与压电晶片7放置于夹具外壳4中，压力传感器5根据其使用方式进行放置，并置于夹具外壳4内上侧，压电晶片7置于下侧；再将球头轴承连接件3法兰端使用螺栓连接到夹具外壳4对应的位置上；再将压电促动器2下端连接到球头轴承连接件3螺纹端；再将弓形连接件1上端连接到压电促动器2上端。
2)在压电晶片7底部涂抹一定量的耦合剂，然后使其与被测试件表面接触，并放置于被测试件上方。
3)将进行过以上两步骤的部分安装好的夹具通过连接螺栓6与真空吸附装置8连接，调节二者的相对位置及球头轴承连接件3摆角，确保压电晶片7与被测试件表面接触，且压电晶片7轴线与被测试件表面垂直，开启真空连接装置8，将移动式探头吸附于被测试件表面。
4)在上述完成的基础上，通过PC端控制驱动器，驱动压电促动器2，该压紧力将会沿着压电促动器2-球头轴承连接件3-夹具外壳4-压力传感器5-压电晶片7的路径进行传递，同时根据压力传感器5实时返回的压紧力值进行闭环控制，保证压紧力准确达到要求值，以保证压电晶片7受力的均匀性及其与被测试件间耦合层厚度的均匀性。
5)完成上述操作后，确认移动式探头各部分连接稳定，工作正常，即可开始测试。

Claims (1)

1.一种压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头，其特征在于，该压紧力可调的集成压电晶片的移动式探头包括弓形连接件(1)、压电促动器(2)、球头轴承连接件(3)、夹具外壳(4)、压力传感器(5)、连接螺栓(6)、压电晶片(7)和真空吸附装置(8)；弓形连接件(1)顶端带有螺栓孔处通过螺栓与压电促动器(2)连接，弓形连接件(1)远离顶端螺栓孔的一端设有两个螺栓孔，通过连接螺栓(6)与真空吸附装置(8)连接，连接螺栓(6)与弓形连接件(1)相对位置固定，通过调节连接螺栓(6)在真空吸附装置(8)的滑槽中的位置，来调节压电晶片(7)下表面与真空吸附装置(8)的吸附作用面的相对高度，以适应于不同厚度的压电晶片(7)；球头轴承连接件(3)上端通过螺纹与压电促动器(2)连接，下端通过螺栓与夹具外壳(4)连接；夹具外壳(4)中放置压力传感器(5)与压电晶片(7)，其中压电晶片(7)的上表面与压力传感器(5)的下表面接触。
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