高載荷以及超高靈敏度等特點(diǎn)；并且，本發(fā)明中的高靈敏度沖擊力傳感器不需要任何的外載供電，在正常的運(yùn)作過程中，可以做到自供電且無需偏執(zhí)電壓，實(shí)現(xiàn)無源工作;在目前的沖擊力傳感器發(fā)電技術(shù)中展現(xiàn)了低消耗高效率以及超高靈敏度的特點(diǎn)。本發(fā)明的無源沖擊力傳感器，不僅具有出色的機(jī)械性能，而且比現(xiàn)行傳感器擁有更高的靈敏度，無需后端信號(hào)放大電路，意義重大。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器的測試電路的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例的基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器包括:彈片電極1、絕緣墊片2、背電極3、彈片電極駐極體層4、背電極駐極體層5、空腔6、導(dǎo)線和測試電路；其中，背電極3為平板狀，采用導(dǎo)電金屬材料;在背電極3的上表面并且位于駐極體的周圍，設(shè)置有絕緣墊片2;彈片電極I通過絕緣墊片2設(shè)置在背電極3上，絕緣墊片2將彈片電極I與背電極3之間電學(xué)絕緣;背電極駐極體層5緊密貼合在背電極3的上表面，并且彈片電極駐極體層4緊密貼合在彈片電極I的內(nèi)表面;彈片電極I的形狀為中心對(duì)稱的曲面，在彈片電極駐極體層4與背電極駐極體層5之間形成空腔6，并且構(gòu)成了一對(duì)壓電駐極體;背電極駐極體層5與彈片電極駐極體層4相對(duì)的表面分別均勻分布有異性的極化電荷，形成宏觀偶極子;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。
[0025]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。
[0026]當(dāng)外力作用在彈片電極上時(shí)，彈片電極受制于壓力而產(chǎn)生形變，背電極駐極體層5與彈片電極駐極體層4之間的距離發(fā)生變化，背電極駐極體層5與彈片電極駐極體層4之間的宏觀偶極距也會(huì)發(fā)生變化而導(dǎo)致感應(yīng)電荷發(fā)生移動(dòng)。在外力向下壓的過程中，產(chǎn)生一個(gè)沖擊外力作用下的電壓峰信號(hào)，電壓值約為80V，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。
[0027]最后需要注意的是，公布實(shí)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(shí)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(xiàng)】
1.一種基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器，其特征在于，所述沖擊力傳感器包括:彈片電極、絕緣墊片、背電極、彈片電極駐極體層、背電極駐極體層、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;所述背電極駐極體層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，絕緣墊片將彈片電極與背電極之間電學(xué)絕緣;所述彈片電極駐極體層緊密貼合在彈片電極的內(nèi)表面;所述彈片電極的形狀為中心對(duì)稱的曲面，在彈片電極駐極體層與背電極駐極體層之間形成空腔，并且構(gòu)成了一對(duì)壓電駐極體;所述背電極駐極體層與彈片電極駐極體層相對(duì)的表面分別均勻分布有異性的極化電荷，形成宏觀偶極子;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；外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，彈片電極駐極體層與背電極駐極體層之間的距離發(fā)生變化，在彈片電極駐極體層與背電極駐極體層之間的宏觀偶極矩發(fā)生變化，使得彈片電極和背電極的感應(yīng)電荷發(fā)生變化，造成變化的電荷在導(dǎo)線移動(dòng)，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號(hào)；電壓峰信號(hào)輸入至測試電路中，經(jīng)過計(jì)算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號(hào)值。2.如權(quán)利要求1所述的沖擊力傳感器，其特征在于，所述彈片電極具有回彈性;材料采用具有彈性的薄導(dǎo)電金屬材料。3.如權(quán)利要求1所述的沖擊力傳感器，其特征在于，所述彈片電極的厚度在5μηι?5mm之間。4.如權(quán)利要求1所述的沖擊力傳感器，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所述的沖擊力傳感器，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所述的沖擊力傳感器，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所述的沖擊力傳感器，其特征在于，所述彈片電極駐極體層和背電極駐極體層為柔性的駐極體的薄膜，駐極體的材料采用派瑞林Pary Iene、特氟龍Tef 1n和二氧化硅中的一種。8.如權(quán)利要求1所述的沖擊力傳感器，其特征在于，所述彈片電極駐極體層和背電極駐極體層的厚度在1ym?2mm之間。9.如權(quán)利要求1所述的沖擊力傳感器，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(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測，當(dāng)有觸發(fā)電壓產(chǎn)生時(shí)，檢波器產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，然后通過無線傳輸器將觸發(fā)信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?微控制單元對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行采集和整合，經(jīng)過計(jì)算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號(hào)值。10.—種基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器的測試方法，其特征在于，所述測試方法包括以下步驟: 1)對(duì)兩層駐極體層分別進(jìn)行極化，在兩層駐極體層的表面分別形成異性的極化電荷； 2)兩層駐極體層分別緊密貼合在背電極的上表面以及彈片電極的內(nèi)表面，分別形成背電極駐極體層和彈片電極駐極體層，彈片電極通過絕緣墊片設(shè)置在背電極上，在背電極駐極體層和彈片電極駐極體層之間形成空腔，彈片電極駐極體層和背電極駐極體層相對(duì)的表面分別分布有異性的極化電荷，形成宏觀偶極子，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)外力作用在彈片電極上，彈片電極發(fā)生形變，彈片電極駐極體層和背電極駐極體層之間的距離發(fā)生變化，在彈片電極駐極體層和背電極駐極體層之間的宏觀偶極距發(fā)生變化，使得彈片電極和背電極的感應(yīng)電荷發(fā)生變化，造成變化的電荷在導(dǎo)線移動(dòng)，形成了沖擊外力作用下的電壓峰信號(hào)； 4)電壓峰信號(hào)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(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測，當(dāng)有觸發(fā)電壓產(chǎn)生時(shí)，檢波器產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，然后通過無線傳輸器將觸發(fā)信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂茊卧?微控制單元對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行采集和整合，經(jīng)過計(jì)算最終得到?jīng)_擊外力的數(shù)字信號(hào)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電駐極體的無源高靈敏沖擊力傳感器及其測試方法。本發(fā)明在背電極以及彈片電極上分別設(shè)置駐極體層，彈片電極駐極體層與背電極駐極體層之間形成空腔，并構(gòu)成了一對(duì)壓電駐極體，表面分別具有異性的極化電荷，彈片電極駐極體層與背電極駐極體層之間形成宏觀偶極子，當(dāng)受到外力時(shí)，宏觀偶極距改變，形成沖擊型的電壓峰信號(hào)，通過測量電壓從而得到外力；本發(fā)明使用特殊的沖擊力的結(jié)構(gòu)方式提供一個(gè)沖擊電壓，靈敏度可達(dá)80V/1MPa，具有高沖擊高載荷以及超高靈敏度等特點(diǎn)；本發(fā)明不需要任何的外載供電，自供電且無需偏執(zhí)電壓，實(shí)現(xiàn)無源工作；在目前的沖擊力傳感器發(fā)電技術(shù)中展現(xiàn)了低消耗高效率以及超高靈敏度的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01L25/00, G01L5/00
【公開號(hào)】CN105547553
【申請?zhí)枴緾N201510930336
【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5月4日
【申請日】2015年12月15日