[0024] 安裝時，針對需要測量的牙齒，選擇合適尺寸的側(cè)套卡片和底套卡片，然后根據(jù)合 適尺寸的側(cè)套卡片和底套卡片選擇合適的薄膜三維力壓力傳感器于側(cè)套卡片和底套卡片 卡和，將側(cè)套卡片和底套卡片分別連接組成卡套和底套，將卡套移動于需要測量的牙齒位 置重疊后，通過側(cè)套卡片的卡和裝置將側(cè)套固定于牙齒上，之后將底套安裝于側(cè)套上。底套 可以根據(jù)實(shí)際需要可以設(shè)置一面放置牙齒咬合采集單元，或者兩面均放置牙齒咬合采集單 元，這樣可有效降低牙齒的厚度，提高測量精度。
[0025] 所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)過濾單元、數(shù)據(jù)分類單元、數(shù)據(jù)融合處理單元和數(shù)據(jù) 庫單元，所述數(shù)據(jù)過濾單元用于過濾傳感器采集的錯誤數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分類單元對過濾后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，數(shù)據(jù)融合處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)分類單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理輸出二維數(shù)據(jù) 表，數(shù)據(jù)庫用于存儲檢測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為正常牙齒的各項數(shù)據(jù)。
[0026] 薄膜三維力壓力傳感器包括控制單元、與控制單元分別連接的X方向電容單元組 和Y方向電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元模塊，所 述電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包 括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應(yīng)電極。所述電容單元模塊包括由兩個以上寬度a。長 度b。條狀電容單元組成的第一條狀電容單元組和兩個以上寬度ka。長度b。條狀電容單元 組成的第二條狀電容單元組。所述每個條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應(yīng)電極寬度相同，驅(qū) 動電極的長度大于感應(yīng)電極長度，驅(qū)動電極長度兩端分別預(yù)留左差位和右差位 驅(qū)=kg+ δ s + δ s，其中，為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，13。胃為條狀電容單元的感應(yīng) 電極長度。所述差位Ss= δ φ，且
，其中d。為介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的抗 剪模量，τ_為最大應(yīng)力值。所述梳齒狀結(jié)構(gòu)包括20個以上條狀電容單元、與條狀電容單 元一一對應(yīng)連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之間設(shè)有電極間距a5。所述平行板面積S = 其中，M為條狀電容單元數(shù)量，b。為條狀電容單元的長度，a。條狀電容單 元的寬度。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元引線通過并聯(lián) 或者獨(dú)立連接到控制單元。所述條狀電容單元的寬度
其中，d。為介質(zhì)厚度，E為 彈性介質(zhì)的楊氏模量，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電 容單元組與控制單元之間設(shè)有中間變換器，中間變換器用于設(shè)置電壓對電容或頻率對電容 的傳輸系數(shù)。
[0027] 1、條狀電容單元的轉(zhuǎn)換特性
[0028] (1)激勵信號和坐標(biāo)系
[0029] 將條狀電容單元置于圖2所示的直角坐標(biāo)系中，極板平面長度b。、寬度a。、介質(zhì)厚 度d。。三維激勵施加于電容極板的外表面，產(chǎn)生的接觸式作用力具有Fx、Fy和Fz三個方 向分量，F(xiàn)x和Fy的作用方向沿X軸和Y軸，F(xiàn)z的作用方向沿OZ軸即g:方向，法向和切向應(yīng) 力均為一種應(yīng)力張量，從電極的引線間即可輸出電容響應(yīng)；法向應(yīng)力σ n= Fn/A，其中A = a。·13。為極板法向受力面，F(xiàn)n = Fz為法向分量；兩側(cè)表面上產(chǎn)生成對的切向應(yīng)力τ x= Fx/ Α，τ y= Fy/A〇
[0030] 根據(jù)彈性力學(xué)中的虎克定律，σ JP τ x，Ty都將使彈性體產(chǎn)生相應(yīng)的變形。其中，
[0034] 式中，E為彈性介質(zhì)的楊氏模量（單位：GN/m2)，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量（單位： GN/m2)，δ n為彈性介質(zhì)的法向位移（單位：μ m)，而δ X和δ y為電容器上下兩極板的相 對錯位（單位：μπι)，其正負(fù)號由坐標(biāo)軸指向決定。
[0035] (2)電容公式及其輸入輸出特性
[0036] 矩形平行板電容器的初始電容為：
[0038] 式中，ε。真空介質(zhì)電常數(shù)為8.85PF/m，ε r= 2. 5為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)。dQ 受ση的激勵產(chǎn)生相對變形ε η= δ n/d。= σ n/E，代入⑷得到輸入輸出特性

[0040] (3)法向應(yīng)力作用下的線性度和靈敏度
[0041] a、法向線性度
[0042] 在（5)式中分母中，故Cn= f(Fn)的關(guān)系是非線性的，因轉(zhuǎn)換量程中的最大 值〇 n_與介質(zhì)彈性常數(shù)E相比，ε n是個很小的量，即分母中ε n〈〈l，將（5)按級數(shù)展開并 略去二次方以上的高階無窮小，（5)式可簡化為：
[0044] 可見在(；與F n的轉(zhuǎn)換特性中的法向線性度的最大相對誤差接近于零。
[0045] b、靈敏度
[0046] 按法向靈敏度的定義
[0047] 按（6)式可得線性靈敏度，
[0048] Snl=C0AE= e〇er/d〇E (7)
[0049] 而按（5)式則
[0051] Sn2? Fn而變，F(xiàn)n愈大，Sn2愈大，在整個轉(zhuǎn)換特性上呈輕微非線性。
[0052] (4)切向應(yīng)力τ JP τ y激勵下的電容變化
[0053] 切向應(yīng)力τ JP τ ￥并不改變極板的幾何尺寸參數(shù)b。和a。，對介質(zhì)厚度d。也不產(chǎn) 生影響。然而^和τ y改變了條狀電容單元的空間結(jié)構(gòu)，正向面對的上下極板之間發(fā)生了 錯位偏移?，F(xiàn)以O(shè)X方向?yàn)槔?，極板在T x作用下的錯位偏移δ x。
[0054] 在圖3中當(dāng)τ 零時，a。上=a。下是正對的，基板之間有效截面Ατ = a?！?3。;在圖 4中，在τχ右向的作用下，上極板相對于下極板產(chǎn)生了向右的錯位偏移δ χ，從而使上下極 板之間在計算電容時的有效面積Ατ= (&(]-δχ) 4。;圖5中，當(dāng)τ 左向時，錯位偏移δ χ 則向左，而Ατ= (a。-δ x) *b。，^在左向和右向時，有效面積的減少量相同，由此產(chǎn)生的電 容為：
[0056] 根據(jù)剪切虎克定律
[0057] τ X= γ x · G = G · δ x/d。 (10)
[0058] 將（10)代入（9)可得
[0060] (11)式即為切應(yīng)力下的輸入一輸出特性，(^與τ x呈線性關(guān)系。
[0061] 而其靈敏度
[0063] 公式（9)-(12)類似的分析同樣適用與τ ￥與C Ty的特性與技術(shù)指標(biāo)，只不過式中 條狀電容單元的長邊b。應(yīng)設(shè)置于OX軸方向，而其短邊a。則在OY方向。
[0064] 2、接觸式平行板電容設(shè)計
[0065] (1)平行板電容的平面設(shè)計
[0066] 設(shè)定的原始指標(biāo)法向最大接觸應(yīng)力〇 _xS 200Kpa，如果法向受力A為正方形 10\10臟2，則最大法向力？2_為〇_ ：!^ = 2(^。切向最大接觸應(yīng)力丁_為701^，切向應(yīng) 力的受力分布面均為IOX l〇mm2,則最大切向力分量Fxmx= F y_= τ _· A = 7N。
[0067] 圖4和圖5所示的條狀電容單元結(jié)構(gòu)性變化，只說明電容輸出與切向應(yīng)力± τ χ輸 入的關(guān)系，電容增量都是負(fù)的，因此這種初始電容結(jié)構(gòu)不適宜作為對± τ χ得到增減電容的 響應(yīng)。為此本發(fā)明對條狀電容單元上下極板的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，寬度為a。和ka。的條狀 電容單元構(gòu)成一對電容單元對（<^與C R)，具體如圖6所示。
[0068] 圖6中，電容單元Q和(^電極尺寸bQ、d。均相同，寬度一個為a。，一個為ka。，其中 k為常數(shù)，優(yōu)選大于1的整數(shù)。當(dāng)τχ=〇時，C ^=Ctp Cr= kC。，在此基礎(chǔ)上如在Fx激勵下 產(chǎn)生S x的錯誤偏移，將會形成如圖4或5所示的偏移效果。

[0071] (^和Cr電容單元對在同一個τ x將產(chǎn)生δ jP AC τ的響應(yīng)，
[0072] 由此，公式（11)可修改為
為切應(yīng)力為零時的初始電容，上式即為切應(yīng)力輸入輸出特 性，Ct.與Fx是線性關(guān)系，而其靈敏度
[0075] 參見圖7的電極平面布置，在一個IOXlOmm2的基板中心作十字分隔，形成四個象 限，右上第一象限I、左上第二象限II、左下第三象限III、右下第四象限IV，其中I、111象限 為對τ χ做出響應(yīng)的電容單元組合，而II、IV象限為對τ y做出響應(yīng)的電容單元組合。外圍 線為IOX IOmm2的PCB板四根邊緣線，影線部分表示失蠟鑄造工藝的外模截面。將感應(yīng)電 極在下層PCB基板上的位置作為參照，則驅(qū)動電極在上層PCB基板上的布置應(yīng)以PCB基板 邊緣線為基準(zhǔn)。圖中四個虛線方框?yàn)楦袘?yīng)電極在下極板上的基準(zhǔn)，置他們與幾何基準(zhǔn)線差 距均為 δ。(〇. Imm)。
[0076] 電容單元模塊采用梳齒結(jié)構(gòu)，電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容單元組成 的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應(yīng)電極。由公式 (12)a。愈小，切向應(yīng)力響應(yīng)的靈敏度越大，故單個電容單元均為長條狀。設(shè)每根條狀電容單 元寬為a。，兩條狀電容之間的槽寬