[發明專利]電容式超大應變傳感器

有效

• 申請號: 201210380235.9
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102997837A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 李起棟;段成麗;宮占江;魏鴻雁;沈廣楠;張美玉;史鑫;孫立凱;陳麗潔
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 李勤媛

技術領域

本發明屬于電子器件領域，特別涉及到一種電容式超大應變傳感器。?

背景技術

所述應變是指物體單位長度的變形量，其表述形式為ε=ΔL/L,一種電容式超大應變傳感器采用測量位移的方式來檢測被測結構的應變大小。應變檢測，是作為排除結構安全隱患從而提高被測物壽命最為有效的方法，受到了國內外專家學者的關注，通過應變信息能夠對結構外載荷進行反演以及對結構安全進行評價和損傷定位，傳感器設計尺寸的大小可以對應變量產生影響，如何在給定的極狹小空間內設計結構，實現小尺寸微型化傳感器，一直是國內外傳感器設計領域研究的重要課題。傳統的應變傳感器對于測量超大應變問題存在一定限制，若應變過高超出了應變片的測量范圍時，會造成應變片脫落，進而影響測量的準確性，且現有大應變不覆蓋，無法滿足大應變測量需求，同時常規測量應變的傳感器并不適用曲面被測物。因此，當前有必要研制一種小尺寸可實現大應變檢測的可實現曲面測量的傳感器。?

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，針對現有技術中對測量超大應變問題存在一定限制，無法滿足大應變測量需求，同時針對現有技術無法實現曲面測量以及極小尺寸內實現結構設計的問題，為了克服以上缺陷，就需要開發一種能實現超大應變檢測的小型化可實現曲面測量的傳感器，本發明的目的是提供一種電容式超大應變傳感器，通過測量位移與形變量的大小來解算應變量的大小，本發明應變ε在0.3以上，可有效解決超大應變測量問題，利用抽拉式應變感知結構端點安裝技術實現曲面測量，采用雙電容增敏設計實現在極小空間內的?結構設計，提高傳感器的靈敏度。?

本發明所采用的技術方案如下，一種電容式超大應變傳感器，包括位于頂部的外殼、位于側部的拖動架、位于中部的電路組件、位于下部的電容動極板、位于下部的電容定極板、位于外殼上的滑道以及引線板，其特征在于，采用電容變面積抽拉式大應變感知結構測量位移的方式測量超大應變，位于超大應變傳感器中部位置的電路組件板，用焊接方式固定在引線板上，再用膠粘接固定在外殼的內壁上；位于下部位置的電容動極板與拖動架用膠固定，拖動架再與外殼的滑道形成滑動連接；介于兩片電容動極板間的電容定極板，采用焊接方式固定在引線板上，再用涂膠的方式進行二次固化，最后將引線板與外殼連接固定。?

由物理學可知，當忽略電容器邊緣效應時，平行極板電容器的電容量見式1，式中S為兩極板相互遮蓋的有效面積；d為兩極板間的距離，也稱為極距；ε為兩極板間介質的介電常數；ε_r為兩極板間介質相對介電常數，對于空氣介質，ε_r≈1；ε₀為真空的介電常數，ε₀=8.85×10^-12F/m。?

C=ϵSd=ϵ0ϵrSd---(1)]]>

在S、d、ε這3個參量中，改變其中任意一個量，均可引起電容量C的改變。因此可測量物體的位移以及介質的各種狀態參數。只要位移量的變化能使電容器中任一種參數產生相應的改變，進而引起電容量變化，那么再經過一定的信號調整電路將此變化轉換為有用的電信號輸出，即可根據輸出信號大小來計算位移量的大小。由于應變與位移變化存在如下關系，即ε=ΔL/L，本發明一種電容式超大應變傳感器采用測量位移的辦法來檢測被測物體的應變變化。?

曲線擬合實際輸出輸入的特性曲線與擬合直線之間的最大偏差即線性度，通常用相對誤差來表示如2所示。式中：γ_l為線性度；ΔL_max為標定曲線與擬合直線的最大偏差；y_FS為理論滿量程輸出。選擇曲線時主要考慮能夠使得式2最小，且計算簡便。?