專利名稱：可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振蕩式陣列傳感器，特別是一種使用具有壓電特性的、任意形狀的材料作為傳感及信號(hào)傳輸材料的傳感器。
目前還沒(méi)有用壓電材料作為振蕩式陣列傳感器的報(bào)道，《Sensors andactuators)》Vol.22，No.1-3，p391-400，1990，發(fā)表了一篇《用一千個(gè)單元的硅壓力傳感陣列進(jìn)行觸覺(jué)探測(cè)》的文章，該文公開(kāi)了一種采用硅作為傳感材料，每一個(gè)單元由壓阻式全電橋構(gòu)成，傳感器由32×32單元掃描輸出形成壓力傳感陣列，每掃描完一次的時(shí)間是16毫秒，處理時(shí)間則更長(zhǎng)，空間位置分辨率為50微米。
本發(fā)明的目的是提供一種可任意分布的、快速響應(yīng)的、便于大規(guī)模集成的多參量的壓電振蕩式陣列傳感器。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用了具有壓電特性的材料作傳感和信號(hào)傳輸材料，在材料的正反兩個(gè)表面敷設(shè)有相間的多組導(dǎo)電材料，正反兩個(gè)表面的導(dǎo)電材料之間形成交錯(cuò)點(diǎn)。所述的多組導(dǎo)電材料分別與多組振蕩電路相連，形成空間分布的獨(dú)立振子，這樣就構(gòu)成了分布式陣列。為了便于檢測(cè)傳感量的大小及傳感點(diǎn)的位置，在傳感和信號(hào)傳輸材料上可以加有多個(gè)換能器。
本發(fā)明所述的陣列傳感器采用的傳感和信號(hào)傳輸材料可以是任意形狀的；無(wú)需掃描裝置，避免了以往分布式傳感器所采取的掃描輸出方式，反應(yīng)速度快；輸出信號(hào)以調(diào)頻波方式傳輸，因而抗干擾能力強(qiáng)，便于數(shù)字化處理；精度高，成本低。其傳感空間位置分辨率由多組正反表面導(dǎo)電材料的交錯(cuò)點(diǎn)間位置決定，而每一表面的多組導(dǎo)電材料之間可以達(dá)到小于微米的間距，因而相應(yīng)空間位置分辨率可達(dá)到小于微米的量級(jí)，將大大優(yōu)于目前分布式陣列傳感器。


圖1和圖2是導(dǎo)電材料在壓電材料表面上分布的兩個(gè)示意圖。
圖3是振蕩式陣列傳感器的原理圖。
圖4是振蕩式陣列傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是多片振蕩式陣列傳感器連接示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明選用具有壓電特性的材料，如石英、壓電陶瓷(PZT)，壓電薄膜，PVDF等，作為傳感和信號(hào)傳輸材料。如圖1、圖2所示。傳感和信號(hào)傳輸材料1可以是堅(jiān)硬的材料，也可以是柔軟的材料，并可構(gòu)成任意形狀，如圖2所示。在上述材料的正反兩個(gè)表面敷設(shè)有多組相間隔的導(dǎo)電材料2、3，圖1和圖2所示的是陣列傳感器導(dǎo)電材料分布的兩種最簡(jiǎn)單的示意圖，為了便于清楚地說(shuō)明陣列傳感器的工作過(guò)程，該兩幅圖中將導(dǎo)電材料敷設(shè)成線狀分布，正反兩個(gè)表面的線條垂直，形成多個(gè)交錯(cuò)點(diǎn)4，當(dāng)導(dǎo)電材料2、3與外振蕩電路5、6相連時(shí)，在交錯(cuò)點(diǎn)4位置，導(dǎo)電材料2、3與傳感及信號(hào)傳輸?shù)膲弘姴牧?構(gòu)成獨(dú)立振子。圖4是振子工作的原理示意圖。當(dāng)外界參量作用于陣列傳感器表面某一點(diǎn)或某一個(gè)區(qū)域時(shí)，該點(diǎn)或該區(qū)域的振蕩頻率將隨被傳感量發(fā)生變化，向四周發(fā)出振蕩的調(diào)頻波。在周圍通過(guò)多個(gè)換能器7接收該調(diào)頻波，由頻率檢測(cè)電路8確定各個(gè)調(diào)頻波的大小和到達(dá)換能器7的時(shí)間差異。如圖4所示。根據(jù)調(diào)頻波的大小確定傳感量的大小，根據(jù)到達(dá)換能器的時(shí)間差異，確定被測(cè)參量的空間位置。
以上所述導(dǎo)電材料2、3的敷設(shè)，并不限于直線條，也可以是曲線條，或者是其它任意形狀，只要保證正反兩個(gè)表面的導(dǎo)電材料2、3之間有交錯(cuò)點(diǎn)4，能夠形成獨(dú)立振子即可。在正反兩個(gè)表面導(dǎo)電材料2、3的交錯(cuò)點(diǎn)4還可以敷設(shè)成圓形，菱形或其它任意形狀以擴(kuò)大振子的面積，易于起振。
圖5是將多個(gè)獨(dú)立的振蕩分布式傳感器陣列之間用導(dǎo)線連接起來(lái)，構(gòu)成了一個(gè)更大的陣列傳感器。圖5中的每一個(gè)傳感器陣列構(gòu)成與圖1和圖2所示的陣列傳感器相同。
圖1和圖2所示的傳感及傳輸材料1可以用不同切型的壓電材料拼接而成，或用生物、化學(xué)薄膜覆蓋其表面，也可以如圖5所示用導(dǎo)線分別將多種傳感量的壓電材料連接起來(lái)。這樣該陣列傳感器能夠同時(shí)傳感溫度、濕度、壓力、位移、生物量和化學(xué)量等多種參量。
權(quán)利要求
1.一種可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器，它采用任意形狀的具有壓電特性的材料作傳感及信號(hào)傳輸材料，其特征在于在所述的傳感及信號(hào)傳輸材料(1)的正反兩個(gè)表面，敷設(shè)有相互間隔的多組導(dǎo)電材料(2、3)，其正反兩個(gè)表面的導(dǎo)電材料(2、3)之間形成交錯(cuò)點(diǎn)(4)，該正反兩表面的多組導(dǎo)電材料(2、3)分別與多個(gè)振蕩電路(5、6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器，其特征在于所用的傳感及信號(hào)傳輸材料(1)是由不同切型的具有壓電特性的材料拼接而成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器，其特征在于在傳感和信號(hào)傳輸材料(1)上加有多個(gè)換能器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器，其特征在于將每一傳感器陣列用導(dǎo)線連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器，它采用具有壓電特性的材料作傳感及信號(hào)傳輸材料，在材料的正反兩個(gè)表面敷設(shè)有任意形狀的多組導(dǎo)電材料，正反兩面的導(dǎo)電材料的交錯(cuò)部分在外接有振蕩電路時(shí)形成獨(dú)立振子，當(dāng)外界參量作用于該區(qū)域時(shí)，其振蕩頻率發(fā)生變化，并向四面發(fā)出振蕩調(diào)頻波，從而確定力、位移、溫度、生物量、化學(xué)量等多種傳感量的大小和位置。本傳感器抗干擾能力強(qiáng)，便于數(shù)字化處理，精度高，成本低。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1139202SQ95113059
公開(kāi)日1997年1月1日 申請(qǐng)日期1995年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月8日
發(fā)明者李平, 文玉梅, 何振江, 王曉余 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)