[发明专利]一种基于驻极体的无源冲击力学传感器及其测试方法

权利要求书

1.一种基于驻极体的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述冲击力学传感器包括：弹片电 极、绝缘垫片、背电极、驻极体、空腔、导线和测试电路；其中，所述背电极为平板状， 采用导电金属材料；驻极体紧密贴合在背电极的上表面；在背电极的上表面并且位于驻极 体的周围，设置有绝缘垫片；所述弹片电极通过绝缘垫片设置在背电极上方，绝缘垫片将 弹片电极与背电极之间电学绝缘；所述弹片电极的形状为中心对称的曲面，在弹片电极与 驻极体之间形成空腔，并且绝缘垫片将弹片电极与驻极体绝缘；在驻极体的上表面均匀分 布有极化电荷，弹片电极的内表面由于电荷感应具有与驻极体的电荷相反的电荷，形成等 效可变电容；所述弹片电极的外表面和背电极的下表面分别通过导线连接至测试电路的输 入端；冲击外力作用在弹片电极上，弹片电极发生形变，弹片电极与驻极体之间的距离发 生变化，在弹片电极与驻极体之间的空腔的等效可变电容发生变化，导致感应电荷发生变 化，使得电荷在导线移动，形成了冲击外力作用下的电压峰信号；所述电压峰信号输入至 测试电路中，经过计算最终得到冲击外力的数字信号值。

2.一种基于驻极体的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述无源冲击力学传感器包括：弹 片电极、绝缘垫片、背电极、驻极体、空腔、导线和测试电路；其中，所述背电极为平板 状，采用导电金属材料；在背电极的上表面并且位于驻极体的周围，设置有绝缘垫片；所 述弹片电极的底边缘通过绝缘垫片设置在背电极上方，绝缘垫片将弹片电极与背电极之间 电学绝缘；所述弹片电极的形状为中心对称的曲面；所述驻极体的上表面紧密贴合在弹片 电极的内表面，在驻极体与背电极之间形成空腔，并且绝缘垫片将背电极与驻极体绝缘； 在驻极体的下表面均匀分布有极化电荷，背电极的上表面由于电荷感应具有与驻极体的电 荷相反的电荷，形成等效可变电容；所述弹片电极的外表面和背电极的下表面分别通过导 线连接至测试电路；冲击外力作用在弹片电极上，弹片电极发生形变，驻极体与背电极之 间的距离发生变化，在背电极与驻极体之间的空腔的等效可变电容发生变化，导致感应电 荷发生变化，使得电荷沿导线移动，形成了冲击外力作用下的电压峰信号；所述电压峰信 号输入至测试电路中，经过计算最终得到冲击外力的数字信号值。

3.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述弹片电极具有一定的回 弹性；材料采用具有弹性的薄导电金属材料；厚度在5μm～5mm之间。

4.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述弹片电极的形状为球面 或椭球面的一部分；或者弹片电极的顶部为平面且侧面为曲面。

5.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述绝缘垫片的材料采用非 弹性的绝缘体；厚度在10μm～2mm之间。

6.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述背电极的材料采用导电 金属材料。

7.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述驻极体的材料采用派瑞 林Parylene、特氟龙Teflon和二氧化硅中的一种；厚度在10μm～2mm之间。

8.如权利要求1或2所述的无源冲击力学传感器，其特征在于，所述测试电路包括电压跟随 器、整流滤波基本电路、检波器、无线传输器以及微控制单元；其中，弹片电极与背电极 之间的电压峰信号通过导线输入至电压跟随器，进行阻抗匹配；经整流滤波基本电路滤掉 电路当中不明噪音；检波器对信号进行检测，当有触发电压产生时，检波器产生一个触发 信号，然后通过无线传输器将触发信号传输到微控制单元；微控制单元对触发信号进行采 集和整合，经过计算最终得到冲击外力的数字信号值。