[发明专利]一种基于多孔材料巨挠曲电效应的多种载荷传感器及载荷解耦方法

权利要求书

1.一种基于多孔材料巨挠曲电效应的多种载荷传感器，所述传感器利用多孔电介质材料的巨挠曲电效应来实现，其特征在于：

所述传感器包括电介质基底(1)，该电介质基底(1)上粘接阵列多孔结构(2)，阵列多孔结构(2)包括多个单体，在阵列多孔结构(2)的每个单体上选择至少三个法向不共面的表面，在上述表面覆盖金属电极(3)，每个金属电极(3)上均由导线(4)引出用于输出电信号；所述传感器用于多种载荷形式，所述载荷形式为压缩、弯曲、剪切或冲击；所述阵列多孔结构(2)的形状是任意凸多面体；所述至少三个法向不共面的表面为至少三个正交平面或者当阵列多孔结构(2)的单体为无正交平面的形状时，通过布尔操作形成的或者选择的至少三个法向不共面的平面；所述阵列多孔结构(2)的每个单体上的金属电极(3)相互不相连；所述阵列多孔结构(2)的材料与电介质基底(1)的材料一致。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：

所述电介质基底(1)采用电介质材料，包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、氧化铝陶瓷、锆酸钡陶瓷或锆酸钙陶瓷；

所述阵列多孔结构(2)的材料内部具有微结构；

所述阵列多孔结构(2)采用电介质材料。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述阵列多孔结构(2)中掺杂一定质量分数的高介电常数陶瓷粉末，所述高介电常数陶瓷粉末包括钛酸钡、钛酸锶钡或钛酸铜钙。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述凸多面体包括立方体、圆柱、棱台或圆锥。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述阵列多孔结构(2)的阵列密度根据载荷形式以及精度需要进行整体或局部的加密或者稀疏处理；所述金属电极(3)为铜箔或者导电银浆。

6.一种应用于权利要求1-5之一的基于多孔材料巨挠曲电效应的多种载荷传感器中的多孔材料巨挠曲电效应对所受载荷解耦的方法，其特征在于：

当传感器受到载荷作用时，电介质基底(1)上的阵列多孔结构(2)上的每个单体均发生不同程度的变形，其内部的微结构发生非均匀变形而产生极化现象，从而使得金属电极(3)的覆盖区域收集到与极化程度成正比的电荷输出，每个面上的电信号输出通过导线(4)实现电信号的输出，经过载荷解耦矩阵C计算后，直接反应出每个单体上不同方向所受载荷的大小；所述载荷分量与传感器电信号输出的线性关系为：

其中，C是仅与阵列多孔结构形状、尺寸相关的常数矩阵，通过实验测量得出矩阵C每个元素的数值实现对载荷的解耦。