lMPa，具有高沖擊高載荷以及高靈敏度等特點；并且，本發(fā)明中的沖擊力學(xué)傳感器不需要任何的外載供電，在正常的運作過程中，可以做到自供電且無需偏執(zhí)電壓，實現(xiàn)無源工作;在目前的沖擊傳感器發(fā)電技術(shù)中展現(xiàn)了低消耗高效率的特點。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器實施例一的示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的本發(fā)明的基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器的測試電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0031]圖3本發(fā)明的基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器實施例二的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0033]實施例一
[0034]在本實施例中，駐極體緊密貼合背電極。
[0035]如圖1所示，本實施例的基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器包括:彈片電極1、絕緣墊片2、背電極3、駐極體4、空腔5、導(dǎo)線6和測試電路;其中，背電極3為平板狀;駐極體4緊密貼合在背電極3的上表面;在背電極3的上表面并且位于駐極體4的周圍，設(shè)置有絕緣墊片2;彈片電極I包括頂部的平面和側(cè)面的曲面，彈片電極的側(cè)面的底邊緣通過絕緣墊片設(shè)置在背電極3上，在彈片電極與駐極體之間形成空腔5，并且絕緣墊片將彈片電極與駐極體絕緣；在駐極體4的上表面均勻分布有極化電荷，彈片電極的內(nèi)表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成等效可變電容;彈片電極I的外表面和背電極3的下表面分別通過導(dǎo)線連接至測試電路的輸入端。
[0036]如圖2所示，測試電路包括依次連接的電壓跟隨器、整流濾波基本電路、檢波器、無線傳輸器以及微控制單元。
[0037]當(dāng)外力作用在彈片電極上時，彈片電極受制于壓力而產(chǎn)生形變，彈片電極和駐極體之間的距離發(fā)生變化，在空腔的范圍之內(nèi)，等效可變電容也會發(fā)生變化而導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生移動。在外力向下壓的過程中，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號，電壓值約為40V，脈寬為0.7毫秒，周期約為I毫秒，連接測試電路觀察測量電壓值。
[0038]實施例二
[0039]如圖3所示，在本實施例中，駐極體4的上表面緊密貼合在彈片電極I的內(nèi)表面，在駐極體與背電極之間形成空腔5，并且絕緣墊片2將背電極3與駐極體4絕緣;在駐極體4的下表面均勻分布有極化電荷，背電極的上表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成等效可變電容。其他同實施例一。
[0040]最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述沖擊力學(xué)傳感器包括:彈片電極、絕緣墊片、背電極、駐極體、空腔、導(dǎo)線和測試電路;其中，所述背電極為平板狀，采用導(dǎo)電金屬材料;駐極體緊密貼合在背電極的上表面;在背電極的上表面并且位于駐極體的周圍，設(shè)置有絕緣墊片;所述彈片電極通過絕緣墊片設(shè)置在背電極上方，絕緣墊片將彈片電極與背電極之間電學(xué)絕緣;所述彈片電極的形狀為中心對稱的曲面，在彈片電極與駐極體之間形成空腔，并且絕緣墊片將彈片電極與駐極體絕緣;在駐極體的上表面均勻分布有極化電荷，彈片電極的內(nèi)表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成等效可變電容;所述彈片電極的外表面和背電極的下表面分別通過導(dǎo)線連接至測試電路的輸入端;沖擊外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，彈片電極與駐極體之間的距離發(fā)生變化，在彈片電極與駐極體之間的空腔的等效可變電容發(fā)生變化，導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生變化，使得電荷在導(dǎo)線移動，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號;所述電壓峰信號輸入至測試電路中，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值。2.—種基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述無源沖擊力學(xué)傳感器包括:彈片電極、絕緣墊片、背電極、駐極體、空腔、導(dǎo)線和測試電路;其中，所述背電極為平板狀，采用導(dǎo)電金屬材料;在背電極的上表面并且位于駐極體的周圍，設(shè)置有絕緣墊片;所述彈片電極的底邊緣通過絕緣墊片設(shè)置在背電極上方，絕緣墊片將彈片電極與背電極之間電學(xué)絕緣;所述彈片電極的形狀為中心對稱的曲面;所述駐極體的上表面緊密貼合在彈片電極的內(nèi)表面，在駐極體與背電極之間形成空腔，并且絕緣墊片將背電極與駐極體絕緣;在駐極體的下表面均勻分布有極化電荷，背電極的上表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成等效可變電容;所述彈片電極的外表面和背電極的下表面分別通過導(dǎo)線連接至測試電路;沖擊外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，駐極體與背電極之間的距離發(fā)生變化，在背電極與駐極體之間的空腔的等效可變電容發(fā)生變化，導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生變化，使得電荷沿導(dǎo)線移動，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號;所述電壓峰信號輸入至測試電路中，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值。3.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述彈片電極具有一定的回彈性;材料采用具有彈性的薄導(dǎo)電金屬材料;厚度在5μηι?5mm之間。4.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述彈片電極的形狀為球面或橢球面的一部分;或者彈片電極的頂部為平面且側(cè)面為曲面。5.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述絕緣墊片的材料采用非彈性的絕緣體;厚度在ΙΟμπι?2mm之間。6.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述背電極的材料采用導(dǎo)電金屬材料。7.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述駐極體的材料采用派瑞林Parylene、特氟龍Tef 1n和二氧化娃中的一種;厚度在ΙΟμπι?2mm之間。8.如權(quán)利要求1或2所述的無源沖擊力學(xué)傳感器，其特征在于，所述測試電路包括電壓跟隨器、整流濾波基本電路、檢波器、無線傳輸器以及微控制單元;其中，彈片電極與背電極之間的電壓峰信號通過導(dǎo)線輸入至電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗匹配;經(jīng)整流濾波基本電路濾掉電路當(dāng)中不明噪音;檢波器對信號進(jìn)行檢測，當(dāng)有觸發(fā)電壓產(chǎn)生時，檢波器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，然后通過無線傳輸器將觸發(fā)信號傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?微控制單元對觸發(fā)信號進(jìn)行采集和整合，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值。9.一種基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器的測試方法，其特征在于，駐極體緊密貼合背電極，所述測試方法包括以下步驟: 1)對駐極體進(jìn)行極化，在駐極體的表面形成極化電荷； 2)駐極體緊密貼合在背電極的上表面，彈片電極的底邊緣通過絕緣墊片設(shè)置在背電極上，在彈片電極與駐極體之間形成空腔，彈片電極的內(nèi)表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成電容，彈片電極的外表面和背電極的下表面分別通過導(dǎo)線連接至測試電路的輸入端； 3)沖擊外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，彈片電極與駐極體之間的距離發(fā)生變化，在彈片電極與駐極體之間的空腔的等效可變電容發(fā)生變化，導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生變化，使得電荷在導(dǎo)線移動，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號； 4)電壓峰信號通過導(dǎo)線輸入至電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗匹配;經(jīng)整流濾波電路濾掉電路當(dāng)中不明噪音;檢波器對信號進(jìn)行檢測，當(dāng)有觸發(fā)電壓產(chǎn)生時，檢波器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，然后通過無線傳輸器將觸發(fā)信號傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?微控制單元對觸發(fā)信號進(jìn)行采集和整合，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值。10.—種基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器的測試方法，其特征在于，駐極體緊密貼合彈片電極，所述測試方法包括以下步驟: 1)對駐極體進(jìn)行極化，在駐極體的表面形成極化電荷； 2)駐極體的上表面緊密貼合在彈片電極的內(nèi)表面，在駐極體與背電極之間形成空腔，并且絕緣墊片將背電極與駐極體絕緣;在駐極體的下表面均勻分布有極化電荷，背電極的上表面由于電荷感應(yīng)具有與駐極體的電荷相反的電荷，形成等效可變電容;彈片電極的外表面和背電極的下表面分別通過導(dǎo)線連接至測試電路； 3)沖擊外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，駐極體與背電極之間的距離發(fā)生變化，在背電極與駐極體之間的空腔的等效可變電容發(fā)生變化，導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生變化，使得電荷沿導(dǎo)線移動，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號； 4)電壓峰信號通過導(dǎo)線輸入至電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗匹配;經(jīng)整流濾波電路濾掉電路當(dāng)中不明噪音;檢波器對信號進(jìn)行檢測，當(dāng)有觸發(fā)電壓產(chǎn)生時，檢波器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，然后通過無線傳輸器將觸發(fā)信號傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?微控制單元對觸發(fā)信號進(jìn)行采集和整合，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于駐極體的無源沖擊力學(xué)傳感器及其測試方法。本發(fā)明在背電極或彈片電極上設(shè)置駐極體，駐極體的表面分布有極化電荷，在駐極體與彈片電極或背電極之間形成電容，當(dāng)沖擊外力作用在彈片電極上時，彈片電極發(fā)生形變，等效可變電容改變，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號，電壓峰信號輸入至測試電路中，經(jīng)過計算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號值；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)提供一個沖擊電壓，靈敏度可達(dá)10V/1MPa，具有高沖擊高載荷以及高靈敏度等特點；并且，本發(fā)明中的沖擊力學(xué)傳感器不需要任何的外載供電，在正常的運作過程中，可以做到自供電且無需偏執(zhí)電壓，實現(xiàn)無源工作；在目前的沖擊傳感器發(fā)電技術(shù)中展現(xiàn)了低消耗高效率的特點。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號】CN105509948
【申請?zhí)枴緾N201510854866
【發(fā)明人】馮躍, 韓炎暉, 婁文忠
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月30日