TWI701851B - 音洩感測器 - Google Patents

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TWI701851B
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馮國華
江政諺
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國立中正大學
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Abstract

一種音洩感測器，包含有：一架體；一下壓電板，以其周緣設於該架體，且底面中央設有一下磁鐵；以及一上壓電板，以其周緣設於該架體，且與該下壓電板相隔預定距離，該上壓電板底面中央設有一上磁鐵；其中，該下磁鐵與該上磁鐵相對的磁極係相同而呈相斥狀態，該下壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向下位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多；該上壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向上位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多。

Description

音洩感測器
本發明係與音洩波的感測技術有關，特別是指一種音洩感測器。
目前已知的音洩感測器，例如我國公開編號第TW 201044656號專利，即揭露了一種音洩感測器，該案主要利用微製程技術製作一具有上、下蓋的壓印模具，再把一個多層壓電薄膜置於壓印模具的上、下蓋之間，藉以壓印形成一波浪狀的多層壓電薄膜，並且於該波浪狀多層壓電薄膜的一側面形成一背板，再把一偵測頭裝設於該波浪狀多層壓電薄膜的另一側面。該案的主要技術在於，藉由將多層壓電薄膜設置成波浪狀的結構，可使共振的頻域變大，進而構成一個可準確偵測且節省成本的音洩感測器。
前述的已知音洩感測器，雖使用到了多層壓電薄膜設置成波浪狀的結構，藉此可使共振的頻域變大，來達到準確偵測的效果。然而，由於實際進行音洩波偵測時，其偵測頭接觸待測物表面來獲得該待測物的振動，再將振動傳遞到該壓電薄膜後，常會因偵測頭的慣性而無法跟上該待測物的振動，進而造成偵測到的訊號出現雜訊，而這個雜訊主要會出現在訊號的尾段，而呈現不正常的波浪狀訊號，因此，這個雜訊的問題有必要加以排除。
本案發明人在不斷的研究之後，已找出能克服前述先前技術中所無法克服的雜訊問題，因此提出專利申請。
本發明之主要目的乃在於提供一種音洩感測器，其可抑制雜訊，使得偵測音洩波的結果更為準確。
為了達成上述目的，本發明提供一種音洩感測器，包含有：一架體，中央具有一容置空間；一下壓電板，以其周緣設於該架體且位於該容置空間內，該下壓電板底面朝下且底面中央設有一下磁鐵，該下壓電板的上表面設有一電極層；以及一上壓電板，以其周緣設於該架體且位於該容置空間內，該上壓電板位於該下壓電板上方且與該下壓電板相隔預定距離，該上壓電板底面朝下且底面中央設有一上磁鐵，該上壓電板的上表面設有一電極層；其中，該下磁鐵與該上磁鐵相對的磁極係相同而呈相斥狀態，該下壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向下位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多；該上壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向上位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多。
藉此，本發明可以利用該上磁鐵與該下磁鐵之間的互斥力，達到利用該上壓電板對該下壓電板進行壓制的效果，進而產生抑制雜訊的效果，使得偵測音洩波的結果更為準確。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：
如圖1至圖4所示，本發明一較佳實施例所提供之一種音洩感測器10，主要由一架體11、一下壓電板21以及一上壓電板31所組成，其中：
該架體11，中央具有一容置空間12。該架體11在實施上可以是一體成形，也可以是由複數元件組裝構成，於本實施例中，該架體11是由一下框體111以及一上框體112以上下相疊的方式以膠黏合組合而成，組合的方式亦可以使用夾具或扣具，並不以膠黏合的方式為限制。
該下壓電板21，以其周緣設於架體11且位於該容置空間12內，該下壓電板21底面朝下且底面中央設有一下磁鐵28，該下壓電板21的上表面設有一電極層22，這個電極層22可以是使用濺鍍方式將銀粒子附著於該下壓電板21的上表面。進一步來說，該下壓電板21在形狀上係具有呈環繞狀的一周圍部位211，以及由該周圍部位211向中心延伸的複數連接片212，該複數連接片212並在中央連結而形成一中央部位213，該下磁鐵28係設於該下壓電板21的中央部位213的底面，且該複數連接片212之間係相隔開而與該周圍部位211之間形成複數鏤空部位214，藉由這些鏤空部位214的形成可以使得該下壓電板21在受到外力作用時較容易由該中央部位213開始產生位移。該下壓電板21以其周圍部位211設於該下框體111。該下壓電板21在製造上，可以使用一個金屬或矽材質的板狀基材，使用金屬材質時可選用鈦，並在該基材的表面(包含上表面、下表面以及側表面)覆蓋一層壓電薄膜，並在壓電薄膜上再設置該電極層22，該電極層22係為可導電材料，例如上述的銀。於本實施例中，該下壓電板21的複數連接片212係呈直條狀。
該上壓電板31，以其周緣設於該架體11且位於該容置空間12內，該上壓電板31位於該下壓電板21上方且與該下壓電板21相隔預定距離，該上壓電板31底面朝下且底面中央設有一上磁鐵38，該上壓電板31的上表面設有一電極層32，這個電極層32可以是使用濺鍍方式將銀粒子附著於該上壓電板31的上表面。進一步來說，該上壓電板31在形狀上係具有呈環繞狀的一周圍部位311，以及由該周圍部位311向中心延伸的複數連接片312，該複數連接片312並在中央連結而形成一中央部位313，該上磁鐵38係設於該上壓電板31的中央部位313的底面，且該複數連接片312之間係相隔開而與該周圍部位311之間形成複數鏤空部位314。該上壓電板31以其周圍部位311設於該上框體112。該上壓電板31在製造上，可以使用一個金屬或矽材質的板狀基材，使用金屬材質時可選用鈦，並在該基材的表面(包含上表面、下表面以及側表面)覆蓋一層壓電薄膜，並在壓電薄膜上設置該電極層32，該電極層32係為可導電材料，例如上述的銀。於本實施例中，該上壓電板31的複數連接片312係呈彎曲狀。
其中，該下磁鐵28與該上磁鐵38相對的磁極係相同呈相斥狀態，該下壓電板21受到該下磁鐵28與該上磁鐵38之間的斥力作用而由中央向下位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多；該上壓電板31受到該下磁鐵28與該上磁鐵38之間的斥力作用而由中央向上位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多。
以上說明了本發明之結構，接下來說明本發明之操作狀態。
如圖5所示，在進行偵測一待測物91的音洩波之前，先將本發明安裝於該待測物91上，在圖5中一個固定環92置於本發明與該待測物之間來加以固定，且使該下磁鐵28的底端接觸於該待測物91的表面，此時，該上磁鐵38與該下磁鐵28的互斥磁力會使得該上壓電板31由中央向上位移一段距離而產生變形，並穩定於其位移後的位置。此時即可藉由該下壓電板21及該上壓電板31的壓電效應來獲得在這個穩定狀態下的電壓值。
要進行音洩波的量測時，敲擊該待測物91使其產生音洩波，音洩波藉由該待測物91表面傳遞至該下磁鐵28，即會使該下磁鐵28隨之振動。由於該下磁鐵28設置於該下壓電板21的下表面，因此會連帶使得該下壓電板21隨之振動，進而因壓電效應而產生電壓變化，藉此，可以由該下壓電板21的電極層22取得該下壓電板21的電壓變化數值。此外，該下磁鐵28的振動也會經由磁極互斥的關係而傳遞至該上磁鐵38使其產生對應的振動，而該上磁鐵38與該下磁鐵28之間的斥力也會提供額外將該下磁鐵28壓制於該待測物91表面的力量，這個壓制力量會使得該下磁鐵28在振動上具有較大的剛性，進而使得該下磁鐵28能更為緊密的伏貼於該待測物91表面來進行音洩波的量測，達到消除雜訊的效果。使用者可以藉由該下壓電板21的電壓變化數值，經由傅立葉轉換來導出不同的頻率響應，進而得到該待測物91的音洩波的結果，藉以評估該待測物91是否有裂縫或缺損。另外，關於該上壓電板31的變形，則可以依其壓電效應所產生的電壓變化來做為力量感測的結果。
由上可知，本發明的上壓電板31可以提供對該該下壓電板21的壓制效果，進而大幅度的解決了先前技術所遭遇到的雜訊問題，因此可以偵測更為微小的音洩振動，使得偵測結果更為準確。
如圖6至圖7所示，本發明亦可以使用該下磁鐵28不與物體接觸的方式來對待測物91進行音洩波的量測，例如在量測一工具機(圖中未示)的工具機主軸95運轉時的音洩波時，由於工具機主軸95是不斷旋轉的狀態，因此，只要事先在該工具機主軸95的一側設置一磁鐵96，並將本發明固定於該工具機上(這裡的固定方式應為已知之技術，容不贅述)而與該工具機主軸95保持一固定距離，同時確保該磁鐵96在該工具機主軸95旋轉時能在某個旋轉位置就對準該下磁鐵28，這樣一來，該工具機主軸95旋轉時，每旋轉一周就會有一次對準該下磁鐵28，而藉由該磁鐵96與該下磁鐵28之間的相吸或相斥的磁力作用，該磁鐵96就能將該工具機主軸95表面的音洩波傳遞至該下磁鐵28，進而使該下壓電板21與該上壓電板31產生對應的振動關係，進而得以量測出音洩波。此種方式同樣的可以達到利用該上壓電板31的上磁鐵38來抑制該下磁鐵28來達到抑制雜訊的效果。
10:音洩感測器 11:架體 111:下框體 112:上框體 12:容置空間 21:下壓電板 211:周圍部位 212:連接片 213:中央部位 214:鏤空部位 22:電極層 28:下磁鐵 31:上壓電板 311:周圍部位 312:連接片 313:中央部位 314:鏤空部位 32:電極層 38:上磁鐵 91:待測物 92:固定環 95:工具機主軸 96:磁鐵
圖1係本發明一較佳實施例之組合立體圖。 圖2係本發明一較佳實施例之***圖。 圖3係本發明一較佳實施例之俯視圖。 圖4係沿圖3中4-4剖線之剖視圖。 圖5係本發明一較佳實施例之使用狀態示意圖。 圖6係本發明一較佳實施例之另一使用狀態示意圖。 圖7係圖6之局部放大圖。
10:音洩感測器
11:架體
111:下框體
112:上框體
12:容置空間
21:下壓電板
211:周圍部位
212:連接片
213:中央部位
214:鏤空部位
22:電極層
28:下磁鐵
31:上壓電板
311:周圍部位
312:連接片
313:中央部位
314:鏤空部位
32:電極層
38:上磁鐵

Claims (8)

  1. 一種音洩感測器，包含有： 一架體，中央具有一容置空間； 一下壓電板，以其周緣設於該架體且位於該容置空間內，該下壓電板底面朝下且底面中央設有一下磁鐵，該下壓電板的上表面設有一電極層；以及 一上壓電板，以其周緣設於該架體且位於該容置空間內，該上壓電板位於該下壓電板上方且與該下壓電板相隔預定距離，該上壓電板底面朝下且底面中央設有一上磁鐵，該上壓電板的上表面設有一電極層； 其中，該下磁鐵與該上磁鐵相對的磁極係相同而呈相斥狀態，該下壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向下位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多；該上壓電板受到該下磁鐵與該上磁鐵之間的斥力作用而由中央向上位移產生變形，愈靠近中央的部位位移愈多。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之音洩感測器，其中：該下壓電板與該上壓電板均具有一基材，以及覆蓋於該基材表面的一層壓電薄膜，該下壓電板與該上壓電板的電極層位於該壓電薄膜上。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之音洩感測器，其中：該基材係為金屬或矽，金屬材料例如鈦；該電極層係為可導電材料，例如銀。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之音洩感測器，其中：該下壓電板與該上壓電板均具有呈環繞狀的一周圍部位，以及由該周圍部位向中心延伸的複數連接片，該複數連接片並在中央連結而形成一中央部位，且該複數連接片之間係相隔開而與該周圍部位之間形成複數鏤空部位。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之音洩感測器，其中：該下壓電板的複數連接片係呈彎曲狀。
  6. 依據申請專利範圍第4項所述之音洩感測器，其中：該上壓電板的複數連接片係呈彎曲狀。
  7. 依據申請專利範圍第4項所述之音洩感測器，其中：該下磁鐵係設於該下壓電板的中央部位；該上磁鐵係設於該上壓電板的中央部位。
  8. 依據申請專利範圍第4項所述之音洩感測器，其中：該架體主要由一上框體以及一下框體上下組合而成，該上壓電板以其周圍部位設於該上框體，該下壓電板以其周圍部位設於該下框體。
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