CN110953981B - 压电传感器的形变检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种压电传感器的形变检测方法，所述压电传感器包括压电薄膜层以及位于压电薄膜层上的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括第一连接结构，所述第一连接结构在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点；该形变检测方法包括：针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况；根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出所述压电薄膜层的形变位置。本公开还提供了一种形变检测装置。

Description

压电传感器的形变检测方法及装置

技术领域

本公开实施例涉及压电传感器领域，特别涉及一种压电传感器的形变检测方法及装置。

背景技术

目前，压电传感器通常包括上电极、下电极和位于上下电极之间的压电薄膜，上下电极均为面状电极。

现有技术通常通过检测电极之间的电压差的变化来检测压电薄膜是否发生形变，但这种形变检测方法，仅能够从整体上检测出压电传感器的形变，而不能有效地检测出压电传感器发生形变的局部位置。

发明内容

本公开实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种压电传感器的形变检测方法及装置。

第一方面，本公开实施例提供了一种压电传感器的形变检测方法，所述压电传感器包括压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层上的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括第一连接结构和多个间隔设置的第一电极结构，各所述第一电极结构的一端通过所述第一连接结构相互电连接，所述第二电极层包括第二连接结构和多个间隔设置的第二电极结构，各所述第二电极结构的一端通过所述第二连接结构相互电连接，所述第一连接结构在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点；所述形变检测方法包括：

针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况；

根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出所述压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，包括：

针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值；

根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

在一些实施例中，所述根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出所述压电薄膜层的形变位置，包括：

针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0；

若判断出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值大于0时，将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为所述压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，所述检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值，包括：

向该相邻两个形变检测节点施加电流；

检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差；

根据该相邻两个形变检测节点之间的电压差，基于欧姆定律，确定出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

在一些实施例中，所述向该相邻两个形变检测节点施加预设电流，包括：利用预设的惠斯通电桥电路向该相邻两个形变检测节点施加电流；

所述检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差，包括：通过所述惠斯通电桥电路检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差。

在一些实施例中，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值，包括

以在所述第一连接结构的延伸方向上的第一个形变检测节点作为基准节点，依次检测其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值；

根据其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值，确定出每相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

在一些实施例中，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况之前，还包括：

获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差；

根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变；

若确定所述压电薄膜层发生形变时，执行所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况的步骤。

在一些实施例中，所述获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差之前，还包括：获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的初始电压差，所述初始电压差为所述压电薄膜层未发生形变时所述第一电极层和所述第二电极层之间的电压差；

所述根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变，包括：

判断所述当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值是否大于0；

若判断出所述当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值大于0时，则确定所述压电薄膜层发生形变。

第二方面，本公开实施例提供了一种形变检测装置，所述形变检测装置用于检测压电传感器的形变位置，所述压电传感器包括压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层上的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括第一连接结构和多个间隔设置的第一电极结构，各所述第一电极结构的一端通过所述第一连接结构相互电连接，所述第二电极层包括第二连接结构和多个间隔设置的第二电极结构，各所述第二电极结构的一端通过所述第二连接结构相互电连接；所述第一连接结构在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点；所述形变检测装置包括：

检测模块，用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况；

形变确定模块，用于根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，所述检测模块具体用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值；根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

在一些实施例中，所述形变确定模块具体用于针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0；若判断出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值大于0时，将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为所述压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，所述检测模块还用于获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差；

所述形变确定模块还用于根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变；若确定所述压电薄膜层发生形变时，触发所述检测模块执行所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况的步骤。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种压电传感器的结构示意图；

图2为图1所示的压电传感器沿AA’方向的截面示意图；

图3为另一种压电传感器的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种压电传感器的制备方法的流程图；

图5为本公开实施例提供的一种压电传感器的形变检测方法的流程图；

图6为图5中步骤21的一种具体实现方式的流程图；

图7为图6中步骤211的一种具体实现方式的流程图；

图8为一种压电传感器的形变检测电路的示意图；

图9为图8所示电路的等效电路示意图；

图10为图6中步骤211的另一种具体实现方式的流程图；

图11为图10中步骤2111b的一种具体实现方式的流程图；

图12为另一种压电传感器的形变检测电路的示意图；

图13为图5中步骤22的一种具体实现方式的流程图；

图14为本公开实施例提供的另一种形变检测方法的流程图；

图15为本公开实施例提供的一种形变检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面将结合本公开实施例的附图对本公开实施例所提供的压电传感器的形变检测方法及装置的技术方案进行清楚、完整地描述。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1为本公开实施例提供的一种压电传感器的结构示意图，图2为图1所示的压电传感器沿AA’方向的截面示意图，如图1和图2所示，在本公开实施例中，压电传感器包括压电薄膜层1以及位于压电薄膜层1上的第一电极层2、第二电极层3。

其中，如图1所示，第一电极层2包括多个间隔设置的第一电极结构22，各第一电极结构22相互电连接，第二电极层3包括多个间隔设置的第二电极结构32，各第二电极结构32相互电连接。

在本公开实施例中，如图1所示，第一电极层2还包括第一连接结构21，各第一电极结构22的一端电连接至第一连接结构21，第一连接结构21沿第一方向(如AA’方向)延伸，各第一电极结构22的另一端沿第二方向延伸，即第一电极层2呈梳形。其中，第一方向和第二方向相互垂直，且第一方向和第二方向所在平面与所述压电薄膜层1平行。

在本公开实施例中，如图1所示，第二电极层3还包括第二连接结构31，各第二电极结构32的一端电连接至第二连接结构31，第二连接结构31沿第一方向(如AA’方向)延伸，各第二电极结构32的另一端沿第二方向延伸，即第二电极层3呈梳形。

在本公开实施例中，如图1所示，其中，各第一电极结构22的一端位于第一连接结构21的同一侧；各第二电极结构32的一端位于第二连接结构31的同一侧。

在本公开实施例中，如图1和图2所示，第一电极层2中的多个第一电极结构22等间隔设置；第二电极层3中的多个第二电极结构32等间隔设置。

在本公开实施例中，如图1所示，第一电极结构22、第二电极结构32均为条形电极。

在本公开实施例中，如图1和图2所示，第一电极层2位于压电薄膜层1的一侧，第二电极层3与第一电极层2同层设置，即第一电极层2和第二电极层3位于压电薄膜层1的同一侧。

在本公开实施例中，在第二电极层3与第一电极层2同层设置的情形下，如图1所示，第一电极结构22和第二电极结构32交替且间隔设置，第一电极结构22的另一端朝向靠近第二连接结构31的方向设置，第二电极结构32的另一端朝向靠近第一连接结构21的方向设置，即第一电极层2和第二电极层3呈叉指状设置。

在本公开实施例中，如图2所示，在第二电极层3与第一电极层2同层设置的情形下，压电传感器还包括保护层4，保护层4位于第一电极层2、第二电极层3的远离压电薄膜层1的一侧，且覆盖第一电极层2和第二电极层3。

在本公开实施例中，保护层4的材料为有机绝缘材料，例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料或者聚酰亚胺(PI)材料等。在本公开实施例中，保护层4的厚度范围可以设置为10微米至100微米。通过设置保护层4，可以有效避免在压电传感器的制备工艺中，在极化(Poling)工艺中容易造成击穿的问题。

需要说明的是，图1和图2中均仅示出了第一电极层和第二电极层同层设置的情形。但应当了解的是，在一些实施例中，压电薄膜层1可以位于第一电极层2和第二电极层3之间，即第一电极层2和第二电极层3还可以位于压电薄膜层1的不同侧。此种情况下，第一电极层2的远离压电薄膜层1的一侧可以设置有第一保护层(图中未示出)，第二电极层3的远离压电薄膜层1的一侧可以设置有第二保护层(图中未示出)，其中，第一保护层、第二保护层的材料、厚度可以与上述保护层4的材料、厚度相同。

在本公开实施例中，压电薄膜层1的材料可以为聚偏氟乙烯(PVDF)材料或者铁电共聚物(P(VDF-TrFE))材料。

在本公开实施例中，第一电极层2、第二电极层3的材料均为导电材料，例如，Cu材料、Ni材料、Cu-Ni合金材料或者纳米银线材料等。

图3为另一种压电传感器的结构示意图，如图3所示，在一些实施例中，与图1所示压电传感器的结构不同的是，第一电极层2还包括多个形变测量结构23。

其中，形变测量结构23与第一电极结构22一一对应设置，多个形变测量结构23位于第一连接结构21的同一侧，形变测量结构23通过第一连接结构21与对应的第一电极结构22电连接。

在一些实施例中，第一连接结构21、第一电极结构22和形变测量结构23一体成型。

在本公开实施例中，第一连接结构21在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点(如图1所示的X0～X5)，用于检测压电传感器的形变。在一些实施例中，多个形变检测节点可以等间隔设置，即每相邻两个形变检测节点之间的距离等长设置。

在一些实施例中，形变检测节点与形变测量结构23一一对应设置，即在第一连接结构21上，形变检测节点与第一电极结构22一一对应设置。

需要说明的是，图1仅示出了第一电极层2包括6个间隔设置的第一电极结构22、第二电极层3包括5个间隔设置的第二电极结构32的情形，但本公开实施例中的第一电极层2包括但不限于此种情形，第一电极层2还可以包括更多的第一电极结构22及更多的形变测量结构，相应的，第一连接结构21上亦可以设置更多的形变检测节点。同理，本公开实施例中的第二电极层3包括且不限于此种情形，第二电极层3还可以包括更多的第二电极结构32。

在本公开实施例中，压电传感器的第一电极层和第二电极层呈叉指状设置，相比于采用面状电极的压电传感器，能够有效提高压电传感器的灵敏度。

图4为本公开实施例提供的一种压电传感器的制备方法的流程图，其中，压电传感器包括上述任一实施例提供的压电传感器，如图4所示，该制备方法包括：

步骤11、形成压电薄膜层。

例如，采用熔融挤出法得到PVDF膜片，PVDF膜片的厚度范围可以为50微米至500微米；通过刮刀使得PVDF膜片成形；通过卷带拉伸使得PVDF膜片的厚度达到所需厚度；通过轮刀对PVDF膜片进行去边角和裁切处理，以使得PVDF膜片的宽度达到所需宽度，最终形成压电薄膜层。

步骤12、在压电薄膜层上形成第一电极层和第二电极层。

例如，通过网印或电镀方法，在压电薄膜层上形成电极材料层，其中，电极材料层采用导电材料，例如，Cu-Ni合金材料；通过对电极材料层进行构图工艺，形成第一电极层和第二电极层。

在本公开实施例中，在形成第一电极层和第二电极层后，对压电薄膜层、第一电极层和第二电极层进行退火烧结处理，而后，进行电晕极化处理，最后，在第一电极层、第二电极层的远离压电薄膜层的一侧形成保护层，并对保护层进行开孔处理，每个第一电极结构对应一个开孔，每个第二电极结构对应一个开孔，第一电极结构、第二电极结构可以通过开孔连接引线，以接收信号。

针对上述任一实施例所提供的压电传感器，本公开实施例提供了一种压电传感器的形变检测方法，图5为本公开实施例提供的一种压电传感器的形变检测方法的流程图，该压电传感器包括上述任一实施例所提供的压电传感器，关于该压电传感器的具体描述可参见上述任一实施例的描述，此处不再赘述。如图5所示，该形变检测方法包括步骤21和步骤22。

步骤21、针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

在本公开实施例中，在步骤21中，在压电传感器的正常工作状态下，依次检测每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。例如，如图1所示，在步骤21中，沿A’A方向，依次检测每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，即依次检测形变检测节点X0与X1之间的电阻值的变化情况、X1与X2之间的电阻值的变化情况、X2与X3之间的电阻值的变化情况、X3与X4之间的电阻值的变化情况、X4与X5之间的电阻值的变化情况。

可以理解的是，相邻两个形变检测节点之间的电阻值是指第一连接结构21从相邻两个形变检测节点中的一个形变检测节点到另一个形变检测节点的部分的电阻值，检测相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况即为检测第一连接结构21的该部分的电阻值的变化情况。例如，形变检测节点X0与X1之间的电阻值是指第一连接结构21从节点XO到节点X1的部分的电阻值，依此类推。图6为图5中步骤21的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，如图6所示，步骤21包括步骤211和步骤212。

步骤211、针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

例如，以图1所示的压电传感器为例，在步骤211中，依次检测形变检测节点X0与X1之间的当前电阻值、X1与X2之间的当前电阻值、X2与X3之间的当前电阻值、X3与X4之间的当前电阻值、X4与X5之间的当前电阻值。

图7为图6中步骤211的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，如图7所示，步骤211包括步骤2111a、步骤2112a和步骤2113a。

步骤2111a、针对每相邻两个形变检测节点，向该相邻两个形变检测节点施加电流。

在本公开实施例中，如图1所示，在步骤2111a中，针对每相邻两个形变检测节点，向该相邻两个形变检测节点施加电流，即向第一连接结构21从该相邻两个形变检测节点中的一个形变检测节点到另一个形变检测节点的部分施加电流。例如，向形变检测节点X0和X1施加电流，以对形变检测节点X0和X1之间的当前电阻值进行检测。在一些实施例中，如图3所示，在步骤2111a中，针对每相邻两个第一电极结构，可以向该相邻两个形变检测节点对应的形变测量结构23施加电流。

图8为一种压电传感器的形变检测电路的示意图，如图8所示，在一些实施例中，在步骤2111a中，针对每相邻两个形变检测节点，利用预设的惠斯通电桥电路向该相邻两个形变检测节点施加电流。

其中，如图8所示，惠斯通电桥电路包括固定电阻R1、固定电阻R2、固定电阻R3、直流电源U1以及电压表V0，电源U1的正极连接至第一节点D，电源U1的负极连接至第二节点C，第二节点C接地，电源U1用于向第一节点D和第二节点C施加固定电压Vex，以产生电流，电阻R1的一端连接至第一节点D，电阻R1的另一端连接至第三节点B，电阻R2的一端连接至第三节点B，电阻R2的另一端连接至第二节点C，电阻R3的一端连接至第一节点D，电阻R3的另一端连接至第四节点A，电压表V0的正极连接至第四节点A，电压表V0的负极连接至第三节点B，电压表V0用于检测第四节点A和第三节点B的电压差△V。

在步骤2111a中，使得第四节点A连接相邻两个形变检测节点中的一个形变检测节点，第二节点C连接相邻两个形变检测节点中的另一个形变检测节点，从而使得预设的惠斯通电桥电路与该相邻两个形变检测节点之间连通，以向该相邻两个形变检测节点之间施加电流，其中，预设的惠斯通电桥电路与该相邻两个形变检测节点之间可以等效为惠斯通四分之一桥(Quarter-Bridge)电路，图9为图8所示电路的等效电路示意图，如图9所示，任意相邻两个形变检测节点之间对应的第一连接结构21的部分可等效为电阻RX。

结合图8和图9，根据欧姆定律可知，流经电阻R1、R2的电流I1＝Vex/(R1+R2)，流经电阻R3、RX的电流I2＝Vex/(R3+RX)，其中，Vex为电源U1施加的固定电压，即在步骤2111a中，向该相邻两个形变检测节点施加的电流为I2。

步骤2112a、检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差。

在一些实施例，如图8和图9所示，在步骤2112a中，通过惠斯通电桥电路检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差。

结合图8和图9，根据欧姆定律，电阻R2两端的电压即节点B和节点C之间的电压差V1＝I1*R2＝Vex*R2/(R1+R2)，电阻RX两端的电压即节点A和节点C之间的电压差V2＝I2*RX＝Vex*RX/(R3+RX)。

由于第二节点C接地，可知，第四节点A与第三节点B之间的电压差△V＝V1-V2＝[Vex*R2/(R1+R2)]-V2，即惠斯通电桥公式。由于V1是已知的，而第四节点A与第三节点B之间的电压差△V则可以通过电压表V0检测出，故可根据该惠斯通电桥公式确定出节点A和节点C之间的电压差V2，V2＝[Vex*R2/(R1+R2)]-△V，即确定出该相邻两个形变检测节点之间的电压差为V2。

步骤2113a、根据该相邻两个形变检测节点之间的电压差，确定出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

在一些实施例中，如图8和图9所示，根据该相邻两个形变检测节点之间的电压差，根据欧姆定律，确定出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值RX。

具体地，在根据上述步骤2112a确定出该相邻两个形变检测节点之间的电压差为V2后，在步骤2113a中，根据欧姆定律可知，V2＝I2*RX＝Vex*RX/(R3+RX)，由此，可以计算出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值RX。

在一些实施例中，如图8所示，各形变检测节点或各形变检测节点对应的形变测量结构23与各连接节点Y0、Y1、Y2、……、Yn一一对应连接，当需要检测任意相邻两个第一电极结构2之间的电阻值的变化情况时，可以利用预设的惠斯通电桥电路中的节点A和节点C分别连接对应的相邻两个连接节点。如图8所示，利用预设的惠斯通电桥电路中的节点A和节点C分别连接连接节点Y2和连接节点Y3，从而检测出连接节点Y2对应的形变检测节点X2和连接节点Y3对应的形变检测节点X3之间的当前电阻值。

在一些实施例中，各连接节点之间通过连接线连接，预设的惠斯通电桥电路中的节点A和节点C分别连接至连接线，形变检测节点与对应的连接节点之间可以通过扫描开关连接，扫描开关用于控制对应的形变检测节点与对应的连接节点之间连接或断开，从而控制惠斯通电桥电路与形变检测节点之间的连接状态。例如，当需要连接节点Y2对应的形变检测节点X2和连接节点Y3对应的形变检测节点X3之间的当前电阻值时，可以通过连接节点Y2对应的扫描开关控制连接节点Y2与对应的形变检测节点X2之间连接，通过连接节点Y3对应的扫描开关控制连接节点Y3与对应的形变检测节点X3之间连接，从而使得连接节点Y2与对应的形变检测节点X2连接至预设的惠斯通电桥电路中的节点A，连接节点Y3与对应的形变检测节点X3连接至预设的惠斯通电桥电路中的节点C。

在一些实施例中，节点A和节点C也可以分别连接探针，通过端点同步位移方法，使得两个探针依次连接每相邻两个连接节点，进而检测每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

图10为图6中步骤211的另一种具体实现方式的流程图，如图10所示，步骤211包括步骤2111b和步骤2112b。

步骤2111b、以在第一连接结构的延伸方向上的第一个形变检测节点作为基准节点，依次检测其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值。

例如，如图1所示，在步骤2111b中，以形变检测节点X0作为基准节点，依次检测形变检测节点X1与形变检测节点X0之间的当前电阻值、形变检测节点X2与形变检测节点X0之间的当前电阻值、形变检测节点X3与形变检测节点X0之间的当前电阻值、形变检测节点X4与形变检测节点X0之间的当前电阻值和形变检测节点X5与形变检测节点X0之间的当前电阻值。可以理解的是，其他形变检测节点是指第一连接结构21上除了作为基准节点的形变检测节点以外的其他形变检测节点。

图11为图10中步骤2111b的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，如图11所示，步骤2111b包括步骤2111b1、步骤2111b2和步骤2111b3。

步骤2111b1、针对其他形变检测节点中的每个形变检测节点，向该形变检测节点和基准节点施加电流。

例如，如图1所示，以形变检测节点X0作为基准节点为例，在步骤2111b1中，针对其他形变检测节点X1～X5中的每个形变检测节点，向该形变检测节点和基准节点X0施加电流。例如，向形变检测节点X1和基准节点X0施加电流。

图12为另一种压电传感器的形变检测电路的示意图，如图12所示，在一些实施例中，在步骤2111b1中，针对其他形变检测节点中的每个形变检测节点，利用预设的惠斯通电桥电路向该形变检测节点和基准节点施加电流。其中，该预设的惠斯通电桥电路与前述图8所示的惠斯通电桥电路的结构相同，关于该预设的惠斯通电桥电路的描述可参见上述对图8所示的惠斯通电桥电路的描述，此处不再赘述。

在步骤2111b1中，针对其他形变检测节点中的每个形变检测节点，使得第四节点A连接该形变检测节点(如X3)，第二节点C连接基准节点(如X0)，从而使得预设的惠斯通电桥电路与该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间连通，以向该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间施加电流，其中，预设的惠斯通电桥电路与该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间可以等效为惠斯通四分之一桥(Quarter-Bridge)电路，如图9所示，该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间对应的第一连接结构21的部分可等效为电阻RX。

结合图12和图9，根据欧姆定律可知，流经电阻R1、R2的电流I1＝Vex/(R1+R2)，流经电阻R3、RX的电流I2＝Vex/(R3+RX)，其中，Vex为电源U1施加的固定电压，即在步骤2111b1中，向该形变检测节点和基准节点施加的电流为I2。

步骤2111b2、检测该形变检测节点和基准节点之间的电压差。

在一些实施例，如图12和图9所示，在步骤2111b2中，通过惠斯通电桥电路检测该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的电压差。

结合图12和图9，根据欧姆定律，电阻R2两端的电压即节点B和节点C之间的电压差V1＝I1*R2＝Vex*R2/(R1+R2)，电阻RX两端的电压即节点A和节点C之间的电压差V2＝I2*RX＝Vex*RX/(R3+RX)。

由于第二节点C接地，可知，第四节点A与第三节点B之间的电压差△V＝V1-V2＝[Vex*R2/(R1+R2)]-V2，即惠斯通电桥公式。由于V1是已知的，而第四节点A与第三节点B之间的电压差△V可以通过电压表V0检测出，故可根据该惠斯通电桥公式确定出节点A和节点C之间的电压差V2，V2＝[Vex*R2/(R1+R2)]-△V，即确定出该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的电压差为V2。

步骤2111b3、根据该形变检测节点和基准节点之间的电压差，确定出该形变检测节点和基准节点之间的当前电阻值。

在一些实施例中，如图12和图9所示，根据该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的电压差，根据欧姆定律，确定出该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的当前电阻值RX。

具体地，在根据上述步骤2111b2确定出该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的电压差为V2后，在步骤2111b3中，根据欧姆定律可知，V2＝I2*RX＝Vex*RX/(R3+RX)，由此，可以计算出该形变检测节点(如X3)和基准节点(如X0)之间的当前电阻值RX。

因此，在步骤2111b中，可以计算出其他各形变检测节点与基准节点之间的当前电阻值。

步骤2112b、根据其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值，确定出每相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

在步骤2112b中，在确定其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值后，即可根据串联电阻公式，确定出每相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。例如，以图1所述的压电传感器为例，在测得形变检测节点X1与基准节点X0之间的当前电阻值RX1、形变检测节点X2与基准节点X0之间的当前电阻值RX2后，即可根据串联电阻公式，计算出形变检测节点X2与形变检测节点X1之间的当前电阻值，形变检测节点X2与形变检测节点X1之间的当前电阻值为RX2与RX1之差。例如，在测得形变检测节点X2与基准节点X0之间的当前电阻值RX2、形变检测节点X3与基准节点X0之间的当前电阻值RX3后，即可根据串联电阻公式，计算出形变检测节点X3与形变检测节点X2之间的当前电阻值，形变检测节点X3与形变检测节点X2之间的当前电阻值为RX3与RX2之差。依此类推，即可确定出每相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

步骤212、针对每相邻两个形变检测节点，根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

具体地，针对每相邻两个形变检测节点，计算该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和对应的初始电阻值之间的差值的绝对值，根据该差值的绝对值确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。例如，该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况包括该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化量，该变化量即为该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和对应的初始电阻值之间的差值的绝对值。

在一些实施例中，在压电传感器未发生形变之前，可以预先测量出每相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值。其中，初始电阻值的测量方式同样可以采用上述利用惠斯通电桥电路进行测量的方式，测量原理相同，此处不再赘述。

在一些实施例中，每相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值相等，例如，X0与X1之间的初始电阻值、X1与X2之间的初始电阻值、X2与X3之间的初始电阻值、X3与X4之间的初始电阻值以及X4与X5之间的初始电阻值相等。

步骤22、根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出压电薄膜层的形变位置。

图13为图5中步骤22的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，如图13所示，步骤22包括：

步骤221、针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0，若是，执行步骤222，否则不作进一步处理。

在步骤221中，针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和对应的初始电阻值之间的差值的绝对值是否大于0，若大于0，表明该相邻两个形变检测节点之间所对应的位置发生形变，故执行步骤222，若等于0，则表明该相邻两个形变检测节点之间所对应的位置未发生形变，故对该相邻两个形变检测节点无需作进一步处理。

步骤222、将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，在确定出相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况以及对应的压电薄膜层的形变位置后，可以根据该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化量△R与该相邻两个形变检测节点对应的初始电阻值R0的比值△R/R0、以及形变位置对应的第一连接结构21的长度的变化量△L与形变位置对应的第一连接结构21的初始长度L0的比值ε＝△L/L0，确定出形变位置对应的第一连接结构21的应变因子GF，其中，GF＝△R/(R0*ε)。例如，形变位置为X1和X2两个形变检测节点对应的位置，则在GF＝△R/(R0*ε)中，△L为X1和X2之间对应的第一连接结构21的长度的变化量，L0为X1和X2之间对应的第一连接结构21的初始长度。在一些实施例中，可以预先通过参考(标准)样品测试得到不同电阻值与第一连接结构21的长度的对应关系，从而可以预先配置有不同电阻值对应的第一连接结构21的长度，从而可以计算得到电阻值的变化情况和长度的变化情况的对应关系，由此可以根据相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化量△R确定出形变位置对应的第一连接结构21的长度的变化量△L。

图14为本公开实施例提供的另一种形变检测方法的流程图，如图14所示，与前述实施例所提供的形变检测方法不同的是，在图14所示的形变检测方法中，在步骤21之前，还包括：

步骤201、获取第一电极层和第二电极层之间的当前电压差。

在一些实施例中，如图8、图12所示，可以使得电压表Vmeter的正极连接第一电极层2的一端，电压表Vmeter的负极连接第二电极层3的一端，通过电压表Vmeter检测第一电极层2、第二电极层3之间的当前电压差。

步骤202、根据第一电极层和第二电极层之间的当前电压差和预先确定的初始电压差，确定压电薄膜层是否发生形变，若确定发生形变，则执行步骤21，否则执行步骤201。

在一些实施例中，在步骤201之前，还包括：获取第一电极层和第二电极层之间的初始电压差，初始电压差为压电薄膜层未发生形变时第一电极层和第二电极层之间的电压差。

例如，结合图1，在压电薄膜层1未发生形变之前，预先向第一电极层2和第二电极层3施加固定电压差，将该固定电压差作为第一电极层和第二电极层之间的初始电压差。当压电薄膜层1发生形变时，由于压电效应的作用，第一电极层2和第二电极层3之间将产生交流电压差，即出现电压差的变化。因此，步骤22可以包括：判断当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值是否大于0，若是，确定压电薄膜层发生形变并执行步骤21，否则确定压电薄膜层未发生形变并执行步骤201。

在本公开实施例中，当判断出当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值大于0时，则初步判断出压电薄膜层1发生形变，因此继续执行步骤21以及后续步骤以进一步检测具体形变的位置，否则初步判断出压电薄膜层1未发生形变，因此继续执行检测第一电极层2和第二电极层3之间的当前电压差的步骤即步骤201。

在本公开实施例中，当压电薄膜层的局部变形时，将使得对应位置的第一连接结构21被拉伸或压缩导致第一连接结构21上的形变检测节点之间的电阻值发生变化，因此，本公开实施例通过检测第一连接结构21上的相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况来确定压电薄膜层的局部形变。

本公开实施例所提供的形变检测方法，通过检测第一连接结构21上的相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，即可确定出压电薄膜层的形变位置，能够有效地对压电薄膜层的局部形变进行检测。

图15为本公开实施例提供的一种形变检测装置的结构示意图，该形变检测装置用于检测压电传感器的形变位置，该压电传感器包括上述任一实施例所提供的压电传感器，关于该压电传感器的具体描述可参见上述任一实施例的描述，此处不再赘述。如图15所述，该形变检测装置包括：检测模块301、形变确定模块302。

其中，检测模块301用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。形变确定模块302用于根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，检测模块301具体用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值；根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

在一些实施例中，形变确定模块302具体用于针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0；若判断出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值大于0时，将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为压电薄膜层的形变位置。

在一些实施例中，检测模块301还用于获取第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差。

形变确定模块302还用于根据当前电压差和预先确定的初始电压差，确定压电薄膜层是否发生形变；若确定压电薄膜层发生形变时，触发检测模块301执行针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况的步骤。

此外，本公开实施例所提供的形变检测装置，用于实现上述任一实施例所提供的形变检测方法，关于形变检测装置的其他相关描述可参见上述任一实施例所提供的形变检测方法，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (12)

1.一种压电传感器的形变检测方法，所述压电传感器包括压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层上的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括第一连接结构和多个间隔设置的第一电极结构，各所述第一电极结构的一端通过所述第一连接结构相互电连接，所述第二电极层包括第二连接结构和多个间隔设置的第二电极结构，各所述第二电极结构的一端通过所述第二连接结构相互电连接，所述第一连接结构在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点；其特征在于，所述形变检测方法包括：

针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况；

根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出所述压电薄膜层的形变位置。

2.根据权利要求1所述的形变检测方法，其特征在于，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，包括：

针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值；

根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

3.根据权利要求2所述的形变检测方法，其特征在于，所述根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出所述压电薄膜层的形变位置，包括：

针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0；

若判断出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值大于0时，将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为所述压电薄膜层的形变位置。

4.根据权利要求2所述的形变检测方法，其特征在于，所述检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值，包括：

向该相邻两个形变检测节点施加电流；

检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差；

根据该相邻两个形变检测节点之间的电压差，基于欧姆定律，确定出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

5.根据权利要求4所述的形变检测方法，其特征在于，所述向该相邻两个形变检测节点施加电流，包括：利用预设的惠斯通电桥电路向该相邻两个形变检测节点施加电流；

所述检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差，包括：通过所述惠斯通电桥电路检测该相邻两个形变检测节点之间的电压差。

6.根据权利要求2所述的形变检测方法，其特征在于，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值，包括

以在所述第一连接结构的延伸方向上的第一个形变检测节点作为基准节点，依次检测其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值；

根据其他各形变检测节点与该基准节点之间的当前电阻值，确定出每相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值。

7.根据权利要求1所述的形变检测方法，其特征在于，所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况之前，还包括：

获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差；

根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变；

若确定所述压电薄膜层发生形变时，执行所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况的步骤。

8.根据权利要求7所述的形变检测方法，其特征在于，所述获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差之前，还包括：获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的初始电压差，所述初始电压差为所述压电薄膜层未发生形变时所述第一电极层和所述第二电极层之间的电压差；

所述根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变，包括：

判断所述当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值是否大于0；

若判断出所述当前电压差和预先确定的初始电压差的差值的绝对值大于0时，则确定所述压电薄膜层发生形变。

9.一种形变检测装置，其特征在于，所述形变检测装置用于检测压电传感器的形变位置，所述压电传感器包括压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层上的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括第一连接结构和多个间隔设置的第一电极结构，各所述第一电极结构的一端通过所述第一连接结构相互电连接，所述第二电极层包括第二连接结构和多个间隔设置的第二电极结构，各所述第二电极结构的一端通过所述第二连接结构相互电连接，所述第一连接结构在其延伸方向上具有多个间隔设置的形变检测节点；所述形变检测装置包括：

检测模块，用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况；

形变确定模块，用于根据每相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况，确定出压电薄膜层的形变位置。

10.根据权利要求9所述的形变检测装置，其特征在于，所述检测模块具体用于针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值；根据该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和预先确定的该相邻两个形变检测节点之间的初始电阻值，确定出该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况。

11.根据权利要求10所述的形变检测装置，其特征在于，所述形变确定模块具体用于针对每相邻两个形变检测节点，判断该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值是否大于0；若判断出该相邻两个形变检测节点之间的当前电阻值和该相邻两个形变检测节点之间对应的初始电阻值的差值的绝对值大于0时，将该相邻两个形变检测节点所对应的位置确定为所述压电薄膜层的形变位置。

12.根据权利要求9所述的形变检测装置，其特征在于，所述检测模块还用于获取所述第一电极层和所述第二电极层之间的当前电压差；

所述形变确定模块还用于根据所述当前电压差和预先确定的初始电压差，确定所述压电薄膜层是否发生形变；若确定所述压电薄膜层发生形变时，触发所述检测模块执行所述针对每相邻两个形变检测节点，检测该相邻两个形变检测节点之间的电阻值的变化情况的步骤。

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