專利名稱：應(yīng)用混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料的速度傳感器裝置及速度信號感應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用混入了微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料在其受外界影響發(fā)生變形的 情況下，及電氣特性發(fā)生變化，將柔軟材料在外界影響下發(fā)生的變形的速度變化所引起的 相關(guān)的電氣信號變化檢測出用來作為引起柔軟材料變形的速度信號的裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的速度傳感器有檢出磁性脈沖信號方式的速度傳感器，光學(xué)及靜電脈沖檢出 方式的速度傳感器，也有通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)裝置并記錄轉(zhuǎn)速的速度傳感器。以上的傳感器，其作為感應(yīng)速度信號的材料或者機構(gòu)都是硬質(zhì)的材料。還沒有像 橡膠一樣的柔軟高分子材料作為加速度信號感應(yīng)材料的加速度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
前述的傳統(tǒng)的速度傳感器，都是應(yīng)用硬質(zhì)的感應(yīng)材料或者機構(gòu)。本發(fā)明的柔軟速 度感應(yīng)材料作為速度感應(yīng)材料的應(yīng)用，提供了一種新型的速度傳感器及速度檢測方法。并 且該柔軟感應(yīng)材速度傳感器構(gòu)造簡單，有利于降低速度傳感器生產(chǎn)成本和根據(jù)廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明的目的，是提供了新型的柔軟材料作為速度傳感器感應(yīng)材料的速度傳感器 裝置及速度信號的感應(yīng)檢測方法。也就是應(yīng)用了混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料速度傳感 器裝置及速度感應(yīng)方法。本專利申請的第一個發(fā)明內(nèi)容是，發(fā)明了應(yīng)用混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料作為 速度傳感器感應(yīng)材料的速度信號的檢測方法。是提供了混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在其 形狀發(fā)生變化時，其形狀變化的速度引起的該柔軟材料的電氣特性變化的檢測方法，并將 應(yīng)用此檢測方法檢測出的電信號變化作為加速度信號的檢測方法。另外，本發(fā)明申請的第二個發(fā)明內(nèi)容是，該速度傳感器裝置由以下幾部分組成a， 柔軟的高分子橡膠材料；b，混入柔軟中的導(dǎo)電性微小機械構(gòu)造材料；C，引起柔軟材料變形 的機構(gòu)；d，柔軟構(gòu)造體電氣特性檢測及將檢測出的與柔軟構(gòu)造體變形的速度相關(guān)的電信號 分離出并將速度信號輸出電信號檢出模塊。關(guān)于發(fā)明的效果的說明依據(jù)本發(fā)明申請的發(fā)明，可以用柔軟的混入了微型構(gòu)造的材料來用作速度傳感器 的感應(yīng)速度信號的材料，制作新型速度傳感器。該新型速度傳感器構(gòu)造簡單，將更加有利于 速度傳感器的廣泛使用。本發(fā)明實施時最佳方案的說明一，混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在受到外界影響發(fā)生形狀變化時其內(nèi)部微小構(gòu) 造體的機電特性變化特性及其利用混入微小導(dǎo)電構(gòu)造的柔軟材料，如橡膠材料中的具有 導(dǎo)電特性的微小構(gòu)造體，由于是微小的機械構(gòu)造，當(dāng)柔軟材料的形狀發(fā)生變化時，微小機械構(gòu)造受周圍的柔軟材料的微小范圍內(nèi)的流動的影響，并且由于在微小空間范圍內(nèi)發(fā)生在微 小構(gòu)造體周圍的柔軟材料的流動速度不均衡，將是微小構(gòu)造體發(fā)生變形，使其導(dǎo)電特性發(fā) 生變化。在柔軟材料中的微小機械構(gòu)造體的導(dǎo)電特性的變化，在宏觀上，導(dǎo)致混入了微小機 械構(gòu)造的柔軟材料的電氣特性發(fā)生變化。通過電子檢測回路，將混入了微小構(gòu)造體的柔軟 材料的隨其內(nèi)部應(yīng)力變化而引起的電氣特性變化檢測出，并且將外部變形所引起的內(nèi)部應(yīng) 力變化中的由外部速度變化所導(dǎo)致的分離處理，作為檢測出的速度信號輸出。

圖1，圖2，圖3是本發(fā)明申請中的混入柔軟材料中的微小機械構(gòu)造的模型圖。圖5是混入了具有導(dǎo)電特性的柔軟材料的電氣模型圖。從電氣特性上看，混入了 具有導(dǎo)電特性的微小機械構(gòu)造的柔軟材料可以看做是由電阻(R)，電容(C)，電感(L)組成 的網(wǎng)絡(luò)。圖4是柔軟材料中的導(dǎo)電構(gòu)造體在在周邊柔軟材料發(fā)生位移變化時的簡化的質(zhì) 量，彈簧，阻尼機械模型。其機電特性關(guān)系式可以簡單的由下式表示mKmZ+cKcZ+kKcZ = A · ν2Z 柔軟感應(yīng)材料的阻抗變化值ν 柔軟材料的變形速度m, c, k，微小構(gòu)造體簡化機械模型的質(zhì)量，阻尼，彈性系數(shù)Km, Kc, Kk 系數(shù)柔軟材料中混入的具有導(dǎo)電性的微小機械構(gòu)造體的變化，將導(dǎo)致整個混入微小導(dǎo) 電構(gòu)造的柔軟材料的整體的電氣特性的變化。即，柔軟材料的阻抗的變化。二，利用本發(fā)明制作速度傳感器的應(yīng)用例上述微小構(gòu)造材料混入型速度傳感器的模型圖由圖6，圖7來表示。圖6中在混 入了微小構(gòu)造體的柔軟材料20上下，放置了上下兩個相對速度發(fā)生機構(gòu)10。上下方向發(fā) 生相對速度變化時，兩個相對速度發(fā)生機構(gòu)10將擠壓位于兩個電極40之間的柔軟感應(yīng)材 料。使得柔軟感應(yīng)材料內(nèi)的柔軟材料相對于其內(nèi)部的微小構(gòu)造體發(fā)生位移變化，該位移變 化，將引起其內(nèi)部微小機構(gòu)的形狀發(fā)生變化，進(jìn)而使得兩個電極之間的電氣特性發(fā)生變化。 速度檢測回路30將兩個電極之間的電氣特性變化檢測出來，并將對其進(jìn)行濾波及相應(yīng)的 補償，作為速度信號輸出。[設(shè)計上的注意點]在設(shè)計相對速度發(fā)生機構(gòu)10時，應(yīng)加上使其運動方向限制在所要測定的相對速 度變化方向的裝置。如導(dǎo)軌裝置。并且在設(shè)計柔軟感應(yīng)材料的物理特性是，要盡量使其柔 軟和低阻尼系數(shù)從而保證在設(shè)計的位移范圍內(nèi)通過相對速度發(fā)生機構(gòu)所產(chǎn)生的反作用力 的限制在設(shè)計指標(biāo)允許的范圍之內(nèi)。應(yīng)用例1全體構(gòu)成說明圖6，圖7是本發(fā)明的第一應(yīng)用例的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的加速度傳感器的的略圖。應(yīng)用本發(fā)明的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的速度傳感器裝置由，相對速度發(fā)生機構(gòu)10，柔 軟感應(yīng)材料20，速度檢測回路30，電極40及導(dǎo)線50組成。(1)相對速度發(fā)生機構(gòu)10
相對速度發(fā)生機構(gòu)10是放置在柔軟感應(yīng)材料兩側(cè)，用來發(fā)生相對速度的部件。(2)柔軟感應(yīng)材料20 柔軟感應(yīng)材料20用來感應(yīng)加載在其上的形狀變化的部件。其中混入了微小的導(dǎo) 電性構(gòu)造體。微小的構(gòu)造體可以是微小的碳素線圈形狀的導(dǎo)電材料，也可以是其他的可以 開合并且開合的變化將引起其電氣特性變化的微小導(dǎo)電構(gòu)造體。(3)傾斜機構(gòu)速度檢測回路30 傾斜機構(gòu)速度檢測回路30，也就是指對兩個電極之間的阻抗進(jìn)行檢測的電子回路 系統(tǒng)。(4)電極 40 電極30是用來向夾在其間的柔軟感應(yīng)材料加載電信號的部件。可以是硬質(zhì)的金 屬，也可以是柔軟的導(dǎo)電材料。(5)速度信號的檢測方法速度信號的檢測方法，可以用高頻信號加載在兩個電極之間，當(dāng)加速度發(fā)生變化 時，檢測流過柔軟感應(yīng)材料兩個電極之間的高頻電流變化的大小，對其進(jìn)行檢波，濾波，放 大等處理來得到速度變化信號。應(yīng)用例2本發(fā)明的第2應(yīng)用例說明。本發(fā)明可以設(shè)計成對多方向的加速度進(jìn)行同時檢測的多維速度傳感器。圖8是本發(fā)明的第2個應(yīng)用例的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的多維同時檢測速度傳感器模 型圖。S卩，在柔軟感應(yīng)材料21內(nèi)部的質(zhì)量塊11和其周邊之間設(shè)置兩組以上的電極。同 時檢測兩組電極之間的阻抗在不同柔軟感應(yīng)材料形狀下變化用來分別作為X方向和Y方向 的速度信號。這樣，根據(jù)本應(yīng)用例，可以達(dá)到同時在兩個方向上檢測到速度信號。在信號處理上可以對同一方向上的上下或左右兩個信號進(jìn)行差分處理來達(dá)到檢 出信號的高精度。并且，對柔軟感應(yīng)材料可以進(jìn)行預(yù)壓縮。圖的簡單說明圖1柔軟材料中混入的微小螺旋構(gòu)造的微小空間范圍內(nèi)的示意圖。圖2柔軟材料中混入的微小螺旋構(gòu)造的微動部分的示意圖。圖3柔軟感應(yīng)材料變形時混入其中的微小構(gòu)造體內(nèi)外壓差生產(chǎn)示意圖。圖4柔軟感應(yīng)材料的微小構(gòu)造體機械模型示意圖。
圖5柔軟感應(yīng)材料電氣模型圖。圖6應(yīng)用混入了微小導(dǎo)電構(gòu)造體的檢測速度系統(tǒng)應(yīng)用例示意圖。圖7應(yīng)用混入了微小導(dǎo)電構(gòu)造體的發(fā)生相對速度變化時應(yīng)用例示意圖。圖8應(yīng)用混入了微小導(dǎo)電構(gòu)造體的多維同時檢測速度系統(tǒng)模型圖。符號說明10 相對速度發(fā)生機構(gòu)20 柔軟感應(yīng)材料30 速度檢測回路40 電極
50:導(dǎo)線。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料作為速度傳感器感應(yīng)材料的速度信號的檢測方 法。是提供了混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在其形狀發(fā)生變化時，其形狀變化的速度引起 的該柔軟材料的電氣特性變化的檢測方法，并將應(yīng)用此檢測方法檢測出的電信號變化作為 加速度信號的檢測方法。
2.該速度傳感器裝置由以下幾部分組成a，柔軟的高分子橡膠材料；b，混入柔軟中的 導(dǎo)電性微小機械構(gòu)造材料；c，引起柔軟材料變形的機構(gòu)；d，柔軟構(gòu)造體電氣特性檢測及將 檢測出的與柔軟構(gòu)造體變形的速度相關(guān)的電信號分離出并將速度信號輸出電信號檢出模 塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用混入了微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料在其受外界影響發(fā)生變形的情況下，及電氣特性發(fā)生變化，將柔軟材料在外界影響下發(fā)生的變形的速度變化所引起的相關(guān)的電氣信號變化檢測出用來作為引起柔軟材料變形的速度信號的裝置及方法。提供了新型的柔軟材料作為速度傳感器感應(yīng)材料的速度傳感器裝置及速度信號的感應(yīng)檢測方法。也就是應(yīng)用了混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料速度傳感器裝置及速度感應(yīng)方法。
文檔編號G01P3/42GK102062784SQ20091021250
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者郭松 申請人:無錫千里信步精密機電科技有限公司