[發(fā)明專利]一種可任意分布壓電振蕩式陣列傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310579089.7
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104655174A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 鞠洪建
• 申請（專利權）人: 大連康賽譜科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明涉及一種傳感器技術領域，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傳輸裝置的傳感器。

背景技術

目前還沒有用壓電材料作為振蕩式陣列傳感器的報道，有一種采用硅作為傳感材料，每一個單元由壓阻式全電橋構成，傳感器由32×32單元掃描輸出形成壓力傳感陣列，每掃描完一次的時間是16毫秒，處理時間則更長，空間位置分辨率為50微妙。本發(fā)明所述的陣列傳感器采用的傳感和信號傳輸材料可以是任意形狀的；無需掃描裝置，避免了以往分布式傳感器所采取的掃描輸出方式，反應速度快；輸出信號以調頻波方式傳輸，因而抗干擾能力強，以便數(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電材料的交錯點間位置決定，而每一表面的多組導電材料之間可以達到小于微米的間距，因而相應空間位置分辨率可小于微米的量級，將大大優(yōu)于目前分布式陣列傳感器。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種可任意分布的、快速相應的、便于大規(guī)模集成的多參量的壓電振蕩式陣列傳感器。

技術方案：本發(fā)明采用了具有壓電特性的材料作傳感及信號傳輸材料，在材料的正反兩個表面敷設有相間的多組導電材料，正反兩個表面的導電材料之間形成交錯點。所述的多組導電材料分別與多組振蕩電路相連，形成空間分布的獨立振子，這樣就構成了分布式陣列。為了便于檢測傳感量的大小及傳感點的位置，在傳感和信號傳輸材料上可以加有多個換能器。

附圖說明

圖1和圖2是導電材料在壓電材料表面上分布的兩個示意圖；

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構示意圖；

圖5是多片振蕩式陣列傳感器連接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。

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，作為傳感和信號傳輸材料。如圖1、圖2所示，傳感和信號傳輸材料1可以是堅硬的材料，也可以是柔軟的材料，并可構成任意形狀，如圖2所示。在上述材料的正反兩個表面敷設有相間隔的多組導電材料2、3，如圖1、圖2所示的是陣列傳感器導電材料分別的兩種最簡單的示意圖。為了便于清楚地說明陣列傳感器的工作過程，該兩幅圖中將導電材料敷設成線狀分布，正反兩個表面的線條垂直，形成多個交錯點4，當導電材料2、3與外振蕩電路5、6相連時，在交錯點4位置上導電材料2、3與傳感和信號傳輸?shù)膲弘姴牧?構成獨立振子。圖4是振子工作的原理示意圖，當外界參量作用于陣列傳感器表面某一點或某一個區(qū)域時，該點或該區(qū)域傳感量的振蕩頻率將發(fā)生變化，向四周發(fā)出振蕩的調頻波。在周圍通過多個換能器7接收該調頻波，由頻率檢測電路8確定各個調頻波的大小和到達換能器7的時間差異。如圖4所示，根據(jù)調頻波的大小確定傳感量的大小，根據(jù)到達換能器的時間差異，確定被測參量的空間位置。

以上所述導電材料2、3的敷設，并不限于直線條，也可以是曲線條，或者是其它任意形狀，只要保證正反兩個表面的導電材料2、3之間有交錯點4，能夠形成獨立振子即可。在正反兩個表面的導電材料2、3之間的交錯點4還可以敷設成圓形、菱形或其它任意形狀以擴大振子的面積，易于起振。

圖5是將多個獨立的振蕩分布式傳感器陣列之間用導線連接起來，構成一個更大的陣列傳感器。圖5中的每一個傳感器陣列構成與圖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、化學薄膜覆蓋其表面，也可以如圖5所示用導線分別將多種傳感量的壓電材料連接起來。這樣該陣列傳感器能夠同時傳感溫度、濕度、壓力、位移、生物量和化學量等多種參量。