專利名稱：二維分布式柔性壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感技術(shù)裝置，具體涉及一種檢測壓力和空間位移的電子學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
目前檢測壓力主要采用半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓力傳感器和銅合金箔制成的應(yīng)變傳感器。它們用于測量某個空間點(diǎn)上的壓力，單個傳感器不能檢測二維空間曲面上的壓力，也不能檢測發(fā)生在二維空間曲面上的隨機(jī)位移，強(qiáng)烈機(jī)械沖擊震動會使傳感器過載損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種新的傳感器設(shè)計(jì)，能夠以很高的靈敏度和響應(yīng)速度動態(tài)檢測作用在空間曲面上任何一點(diǎn)的壓力以及對應(yīng)的隨機(jī)空間位移，并能承受強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊震動。
本實(shí)用新型的傳感器通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。傳感器包括感受器和與之相連的信號處理電路，N(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成復(fù)合電極，N+1(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成另一個電極，這兩個電極交叉疊合，兩個電極之間有一層絕緣材料，兩個電極分別通過兩條金屬導(dǎo)線與頻率變換器相連，頻率變換器的輸出端與鑒頻器的輸入端相連。
采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的傳感器可以獲得與作用在感受器上的壓力和表面空間位移正相關(guān)的模擬量電壓信號，信號與作用力的空間坐標(biāo)無關(guān)。傳感器靈敏度高，向應(yīng)速度快，動態(tài)范圍寬，不受電磁輻射和光輻射干擾，不受環(huán)境溫度、濕度、氣壓影響，具有很強(qiáng)的耐機(jī)械沖擊振動和壓力負(fù)荷過載能力，可以成為多種現(xiàn)代醫(yī)療監(jiān)護(hù)診斷治療裝置、工業(yè)自動化系統(tǒng)、機(jī)器人觸覺傳感系統(tǒng)、智能化家用電器產(chǎn)品和軍用民用安全報(bào)警裝置的核心傳感部件。


圖1是二維分布式柔性壓力傳感器的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是二維分布式柔性壓力傳傳感器感受器部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是與二維分布式柔性壓力傳感器感受器相連的頻率變換電路的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是與二維分布式柔性壓力傳感器感受器相連的頻率變換電路的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是與二維分布式柔性壓力傳感器感受器相連的頻率變換電路的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型中與頻率變換電路相連的鑒頻器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
N(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成復(fù)合電極[1]，N+1(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成電極[2]，電極[1]與電極[2]交叉疊合，電極[1]的每一個金屬電極與電極[2]的每一個金屬電極之間有一層絕緣材料[3]，電極[1]與電極[2]分別與金屬導(dǎo)線[4]和金屬導(dǎo)線[5]的一端相連，[4]和[5]的另一端與頻率變換器[6]相連，頻率變換器[6]的輸出端與鑒頻器[7]的輸入端相連，如圖1。相互交叉疊合其間墊以絕緣材料[3]的電極[1]和電極[2]是金屬網(wǎng)或金屬箔，金屬網(wǎng)由直徑0.05毫米至2毫米的金屬絲編織而成，金屬箔厚度在0.005毫米至2毫米之間。絕緣材料[3]是塑料薄膜、合成纖維、紡織品、紙或泡沫塑料，在[1]與[2]對應(yīng)電極之間絕緣材料[3]墊層厚度在0.05毫米至2厘米之間，如圖2。金屬導(dǎo)線[4]和金屬導(dǎo)線[5]分別是屏蔽線的芯線和屏蔽層外皮。頻率變換器[6]有三種不同的結(jié)構(gòu)，在第一種結(jié)構(gòu)中導(dǎo)線[4]的一端與電阻[8]的一端相連，同時(shí)與運(yùn)算放大器[9]的反相輸入端相連，如圖3；在第二種結(jié)構(gòu)中導(dǎo)線[4]的一端與電阻[10]的一端相連，同時(shí)與CMOS與非門電路[11]的一個輸入端相連，[11]的輸出端與另一個CMOS與非門電路[12]的一個輸入端相連，并與電阻[10]的另一端相連，導(dǎo)線[5]的一端與[12]的輸出端相連，如圖4；在第三種結(jié)構(gòu)中導(dǎo)線[4]的一端與運(yùn)算放大器[13]的反相輸入端相連，同時(shí)與電阻[14]的一端相連，[13]的輸出端與導(dǎo)線[5]相連，如圖5。鑒頻器[7]的結(jié)構(gòu)是，電容器[15]的一端與半導(dǎo)體二極管[16]的一個極相連，同時(shí)與半導(dǎo)體二極管[17]的一個極性相反的電極相連，[17]的另一個電極與運(yùn)算放大器[18]的反相輸入端相連，同時(shí)與電容器[19]的一端相連，電容[19]的另一端與運(yùn)算放大器[18]的輸出端相連，電容器[15]的另一端與頻率變換器[6]的輸出端相連，如圖6。
權(quán)利要求1.一種二維分布式柔性壓力傳感器，它由感受器和與之相連的信號處理電路構(gòu)成，其特征是N(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成復(fù)合電極[1]，N+1(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成電極[2]，電極[1]與電極[2]交叉疊合，電極[1]的每一個金屬電極與電極[2]的每一個金屬電極之間有一層絕緣材料[3]，電極[1]與電極[2]分別與金屬導(dǎo)線[4]和金屬導(dǎo)線[5]的一端相連，[4]和[5]的另一端與頻率變換器[6]相連，頻率變換器[6]的輸出端與鑒頻器[7]的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述電極[1]和電極[2]是金屬網(wǎng)或金屬箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述金屬網(wǎng)由直徑0.05毫米至2毫米的金屬絲編織而成，所述金屬箔厚度在0.005毫米至2毫米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述絕緣材料[3]是塑料薄膜、合成纖維、紡織品、紙或泡沫塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述絕緣材料[3]墊層厚度在0.05毫米至2厘米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述導(dǎo)線[4]和[5]分別是屏蔽線的芯線和屏蔽層外皮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述頻率變換器[6]的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)線[4]的一端與電阻[8]的一端相連，同時(shí)與運(yùn)算放大器[9]的反相輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述頻率變換器[6]的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)線[4]的一端與電阻[10]的一端相連，同時(shí)與CMOS與非門電路[11]的一個輸入端相連，[11]的輸出端與另一個CMOS與非門電路[12]的一個輸入端相連，并與電阻[10]的另一端相連，同時(shí)與導(dǎo)線[5]的一端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述頻率變換器[6]的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)線[4]的一端與運(yùn)算放大器[13]的反相輸入端相連，同時(shí)與電阻[14]的一端相連，[13]的輸出端與導(dǎo)線[5]相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布式柔性壓力傳感器，其特征是所述的鑒頻器[7]的結(jié)構(gòu)是電容器[15]的一端與半導(dǎo)體二極管[16]的一個極相連，同時(shí)與半導(dǎo)體二極管[17]的一個極性相反的電極相連，[17]的另一個電極與運(yùn)算放大器[18]的反相輸入端相連，同時(shí)與電容器[19]的一端相連，電容[19]的另一端與運(yùn)算放大器[18]的輸出端相連，電容器[15]的另一端與頻率變換器[6]的輸出端相連。
專利摘要一種可以獲取兩個自由度隨機(jī)壓力應(yīng)變信息的二維分布式柔性壓力傳感器。它采用N(N是正整數(shù)，50≥N≥1)個柔軟的金屬電極相互并連，構(gòu)成第一復(fù)合電極，N+1個柔軟的金屬電極相互并連構(gòu)成第二復(fù)合電極，它們與頻率變換器相連，通過鑒頻器取得信號。可以成為多種現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷監(jiān)護(hù)裝置、工業(yè)自動化系統(tǒng)、機(jī)器人觸覺傳感系統(tǒng)、智能化家用電器產(chǎn)品和安全報(bào)警裝置的核心傳感部件。
文檔編號G01D5/12GK2524232SQ0127547
公開日2002年12月4日 申請日期2001年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月3日
發(fā)明者張開遜 申請人:張開遜