CN103630273A - 一种使用压电传感元件测量准静态力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，所述装置包括：一用于采样受力变化信号的压电传感元件；一封装部件，所述封装部件将所述压电传感元件封装于其内；以及一用于放大并分析处理受力变化信号的处理电路，且所述处理电路的输入端通过屏蔽线连接至所述压电传感元件的两极，所述处理电路的输出端连接外部电子设备。采用本发明能够在准静态力作用下精准而不失真地反映出力的变化情况。

Description

一种使用压电传感元件测量准静态力的装置

技术领域

本发明涉及力学测量领域，特别涉及一种使用压电传感元件测量准静态力的装置。

背景技术

压电传感元件是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。

压电传感元件结构简单、体积小、质量轻、功耗小、寿命长，特别是它具有良好的动态特性，因此适合有很宽频带的周期作用力和高速变化的冲击力。

由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。

目前，市场上的压电传感元件大都用在冲击力，以及交变力的测量中，这要求作用力的频率高于100Hz，但是在50Hz以上的时候，传感器的灵敏度下降；在50Hz以下时，传感器基本丧失了测量性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，以解决现有的压电传感元件测力装置不能测量准静态力的问题，并同时兼具测量动态力的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，所述装置包括：

一用于采样受力变化信号的压电传感元件；

一封装部件，所述封装部件是一种有机或无机薄膜材料，将所述压电传感元件封装于其内，从而起到绝缘的作用；

以及

一用于放大并分析处理受力变化信号的处理电路，且所述处理电路的输入端通过屏蔽线连接至所述压电传感元件的两极，所述处理电路的输出端连接外部电子设备。

所述压电传感元件是由压电敏感元件和上下金属表面电极组成。

所述压电敏感元件为PVDF压电薄膜或P（VDF＋TrFE）压电薄膜或压电驻极体薄膜，其厚度范围在20um～1000um之间。

所述封装部件的厚度范围在1um～500um之间。

所述封装部件采用热塑或冷裱或涂布或覆膜或蒸镀或淋裱工艺将压电传感元件封装于其内。

所述处理电路包括前置放大电路和信号分析电路，所述前置放大电路的输入端通过屏蔽线与所述压电传感元件的两个输出电极连接，所述前置放大电路的输出端接入信号分析电路的输入端，所述信号分析电路的输出端连接至外部电子设备。

所述前置放大电路与所述信号分析电路都为本领域内的常用电路结构。

本发明的有益效果是：本发明与现有的压电传感元件力学测量装置相比具备以下优势：

1、本发明采用了具备在准静态力作用下仍然拥有良好输出性能的压电测力装置，能够精准而不失真地反映出力的变化情况。

2、本发明设计的前置放大电路拥有宽的频带响应，信号分析电路视压电传感元件输出信号的不同，区别采用了波形叠加求取面积、最大值提取、均方根值换算、平均值法、等方法来换算压电驻极体薄膜传感器在准静态力的作用下输出的电荷总量，具有较高的精确度。

3、本发明将压电传感元件、封装部件和屏蔽线很好的结合起来，并提供了输出接口，从而方便设计者设计后续处理器件。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是前置放大电路的电路结构示意图；

图3是信号分析电路结构框架图；

图4为信号分析电路中的电源电路；

图5为信号分析电路中的复位电路；

图6为信号分析电路中的时钟电路。

图1中，01-压电传感元件，02-封装部件，03-屏蔽线，04-前置放大电路，05-信号分析电路。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，所述装置包括：压电传感元件01、封装部件02、屏蔽线03、前置放大电路04和信号分析电路05；所述压电传感元件01采用热塑或冷裱或涂布或覆膜或蒸镀或淋裱工艺将封装于所述封装部件02内部；所述屏蔽线03将压电传感元件01的两极引出，并连接至所述前置放大电路04的输入端，前置放大电路04（结合附图2）的输出端连接信号分析电路05（结合附图3）的输入端，所述信号分析电路05的输出端可连接至外部电子设备。

附图2为前置放大电路04的具体电路结构，其中，R1=R2=22MΩ，R3=10K Ω，C1=0.2uF。

附图3为信号分析电路05的结构框图，其中前置放大电路04的输出接AD输入，DA输出可连接至外部电子设备。

附图4为信号分析电路05中的电源电路，其输出端接DSP芯片的供电电源端口；其中C2=1000pF，C3=0.047uF，C4=330pF，L 1=L2=22uH。

附图5为信号分析电路05中的复位电路，RES端接DSP芯片的复位端RS，DSP芯片的CLK输出接WDI端。

附图6为信号分析电路05中的时钟电路，晶振Y1接DSP芯片的PLLF2以及PLLF端口，其中，C5=C6=30pF。

以上所述的利用较佳的实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域技术人员可通过阅读本发明后，做出细微的改变和调整，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述装置包括：

一用于采样受力变化信号的压电传感元件；

一封装部件，所述封装部件是一种有机或无机薄膜材料，将所述压电传感元件封装于其内，从而起到绝缘的作用；

以及

一用于放大并分析处理受力变化信号的处理电路，且所述处理电路的输入端通过屏蔽线连接至所述压电传感元件的两极，所述处理电路的输出端连接外部电子设备。

2.如权利要求1所述的一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述压电传感元件是由压电敏感元件和上下金属表面电极组成。

3.如权利要求2所述的一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述压电敏感元件为PVDF压电薄膜或P（VDF＋TrFE）压电薄膜或压电驻极体薄膜，其厚度范围在20um～1000um之间。

4.如权利要求1所述的一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述封装部件的厚度范围在1um～500um之间。

5.如权利要求1所述的一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述封装部件采用热塑或冷裱或涂布或覆膜或蒸镀或淋裱工艺将压电传感元件封装于其内。

6.如权利要求1所述的一种使用压电传感元件测量准静态力的装置，其特征在于，所述处理电路包括前置放大电路和信号分析电路，所述前置放大电路的输入端通过屏蔽线与所述压电传感元件的两个输出电极连接，所述前置放大电路的输出端接入信号分析电路的输入端，所述信号分析电路的输出端连接至外部电子设备。

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