[實(shí)用新型]低阻抗應(yīng)變率傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820109993.6
• 申請日: 2008-08-29
• 公開（公告）號: CN201273810Y
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚軍;李曉鋼;王曉慧;金有剛;葉建華;熊澤濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型提供一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，它涉及一種基于壓電原理的低阻抗應(yīng)變率傳感器，特別涉及一種包含壓電陶瓷以及常見電子元器件構(gòu)成的一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)：

目前，測量應(yīng)變率所用的都是應(yīng)變計(jì)。利用應(yīng)變式變換原理制成電阻式應(yīng)變片或應(yīng)變薄膜，它可以感受測量物體受力或力矩時所產(chǎn)生的應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，通過電橋進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。

應(yīng)變計(jì)的缺陷為：由于應(yīng)變計(jì)是多線的，線與線之間連接部分不在測量方向上，引起橫向效應(yīng)，橫向效應(yīng)使傳感器的靈敏度下降；機(jī)械應(yīng)變以聲波的形式在材料中傳播，當(dāng)它依次通過一定厚度的基底、膠層并引起應(yīng)變計(jì)的響應(yīng)時，會有時間的滯后。應(yīng)變計(jì)的這種響應(yīng)滯后尤其在動態(tài)(高頻)應(yīng)變測量時會產(chǎn)生誤差。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型的的目的是提供一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，該傳感器消除了因橫向效應(yīng)引起的靈敏度下降和因響應(yīng)滯后引起的測量誤差。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，是由壓電陶瓷、線性運(yùn)算放大器及反饋電阻組成，其特征在于：它把壓電陶瓷直接連接到線性運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，線性運(yùn)算放大器的正輸入端接地，并且在線性運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和輸出端之間連接反饋電阻。

其中，壓電陶瓷的厚度小于0.3毫米，面積小于3平方厘米；

其中，線性運(yùn)算放大器及反饋電阻無特殊要求，購買市場通用產(chǎn)品即可。

本實(shí)用新型一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，其優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：因?yàn)楸緦?shí)用新型采用了與現(xiàn)有應(yīng)變率測量方法完全不同的壓電原理，沒有傳統(tǒng)方法帶來的橫向效應(yīng)，同時也不會有時間上的滯后。此外本實(shí)用新型可以直接輸出微分信號，而不像應(yīng)變計(jì)-前置放大器需經(jīng)模擬或數(shù)字微分求應(yīng)變率。該發(fā)明它對噪聲微分的敏感程度也比應(yīng)變計(jì)式傳感器要小，因?yàn)樗∪チ藨?yīng)變計(jì)式傳感器因前置放大器環(huán)節(jié)而造成的噪聲微分增量。所以它是一種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，測量精度高，各方面性能更加優(yōu)秀的應(yīng)變率傳感器。

(四)附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖

圖2是本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)輔助圖

圖中的標(biāo)號及符號說明如下：

1?壓電陶瓷?2?反饋電阻?3?線性運(yùn)算放大器?4?電阻

u_{p壓電陶瓷輸出電壓}?u_{s線性運(yùn)算放大器輸出電壓}?R_{f反饋電阻2}

i_{壓電陶瓷輸出電流}?R_電阻4

(五)具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖1對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

本實(shí)用新型一種低阻抗應(yīng)變率傳感器，是由壓電陶瓷1、線性運(yùn)算放大器3及反饋電阻2組成。該壓電陶瓷1直接與線性運(yùn)算放大器3的負(fù)輸入端相連接，線性運(yùn)算放大器3的正輸入端接地，在線性運(yùn)算放大器3的負(fù)輸入端和輸出端之間連接一個反饋電阻2。

該壓電陶瓷1被粘貼于被測結(jié)構(gòu)的表面，當(dāng)被測結(jié)構(gòu)受力發(fā)生形變時，壓電陶瓷1也會發(fā)生相應(yīng)地形變。該壓電陶瓷1的應(yīng)變率通過壓電效應(yīng)被轉(zhuǎn)化為電流，再經(jīng)過線性運(yùn)算放大器3和反饋電阻2將電流轉(zhuǎn)化為輸出電壓。通過測量輸出電壓就能獲取被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率。

在具體的實(shí)施過程中，該反饋電阻2可取值為300K歐姆，該壓電陶瓷1的厚度小于0.3毫米，面積小于3平方厘米；該線性運(yùn)算放大器3選Linear公司生產(chǎn)的型號為LTC?2052。