本發(fā)明涉及電容傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于彈性基底夾心叉指電容的表面應(yīng)變檢測器件。

背景技術(shù)：

電阻應(yīng)變片測量方法是測量應(yīng)變的一種傳統(tǒng)手段，但是電阻應(yīng)變片因易受環(huán)境(如電磁場、溫度、濕度、化學(xué)腐蝕等)影響，精度比較低，對于大應(yīng)變有較大的非線性，輸出信號較弱，所以其應(yīng)用受到一定程度的限制。電容式傳感器阻抗高功率小，測量待測值較小的物理量時有較高的靈敏度，溫度穩(wěn)定性好，傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，因此可以選擇溫度系數(shù)低的材料，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，動態(tài)響應(yīng)好，是一種用途極廣很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/p>

電容式傳感器是把被測量如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容值變化的傳感器。電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型。待測物理量引起兩極板之間的極距、正對面積和介質(zhì)變化從而電容值發(fā)生變化，進而實現(xiàn)對待測物理量的檢測。

本發(fā)明應(yīng)變檢測器件通過應(yīng)變引起的電容值的變化實現(xiàn)對應(yīng)變的檢測，該器件可以實現(xiàn)對待測表面應(yīng)變的檢測，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度較高并且可以調(diào)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計了一種基于彈性基底夾心叉指電容的表面應(yīng)變檢測器件，利用電容的變化實現(xiàn)對表面應(yīng)變的檢測。

本發(fā)明設(shè)計了一種基于彈性基底夾心叉指電容的表面應(yīng)變檢測器件，所述的應(yīng)變檢測器件包括：彈性基底、夾心叉指電容和覆蓋層。

所述的彈性基底為彈性材料，厚度為300μm，可在外界待測表面應(yīng)變的作用下產(chǎn)生壓縮或拉伸，并且具有柔性，可隨待測表面應(yīng)變發(fā)生彎曲形變，其大小可根據(jù)實際被測物體的大小進行制作。

所述的夾心叉指電容位于彈性基底上，由兩根金屬絲構(gòu)成，兩根金屬絲直徑為200μm，其中一根金屬絲形成叉指結(jié)構(gòu)，叉指結(jié)構(gòu)的叉指數(shù)目和間距可根據(jù)靈敏度需要進行選擇，另一根金屬絲為蛇形位于叉指結(jié)構(gòu)中間，形成夾心結(jié)構(gòu)，兩根金屬絲之間形成電容結(jié)構(gòu)。

所述的覆蓋層涂覆于彈性基底和夾心叉指電容的上面，其材料和尺寸與彈性基底相同，起到保護夾心叉指電容的作用，應(yīng)變檢測器件的整體厚度為600μm。

本發(fā)明所述的一種基于彈性基底夾心叉指電容的表面應(yīng)變檢測器件，電容檢測的方法使其有較高的靈敏度，可以實現(xiàn)對待測表面應(yīng)變的檢測，靈敏度可以通過改變叉指結(jié)構(gòu)的叉指數(shù)目和間距的距離等來調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明檢測器件的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明檢測器件的夾心叉指電容結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明檢測器件的截面圖；

圖4為本發(fā)明檢測器件電容檢測電路原理圖。

具體實施方式

本發(fā)明所述的基于彈性基底夾心叉指電容的表面應(yīng)變檢測器件，包括彈性基底1、夾心叉指電容2和覆蓋層3，其中夾心叉指電容2由金屬絲4和金屬絲5構(gòu)成。

所述的彈性基底1為彈性材料，厚度為300μm，可在外界待測表面應(yīng)變的作用下產(chǎn)生壓縮或拉伸，并且具有柔性，可根據(jù)待測表面應(yīng)變發(fā)生彎曲形變，其大小可根據(jù)實際被測物體的大小進行制作。

所述的夾心叉指電容2位于彈性基底1上面，如圖1所示，夾心叉指電容2由金屬絲4和金屬絲5構(gòu)成，如圖2所示，金屬絲4和金屬絲5的直徑為200μm，金屬絲4形成叉指結(jié)構(gòu)，叉指結(jié)構(gòu)的叉指數(shù)目和間距可根據(jù)靈敏度需要進行選擇，金屬絲5為蛇形位于叉指結(jié)構(gòu)之間，形成夾心結(jié)構(gòu)，金屬絲4和金屬5之間形成電容結(jié)構(gòu)。

覆蓋層3涂覆于彈性基底1、夾心叉指電容2的上面，如圖3所示，其材料和尺寸與彈性基底1相同，起到保護夾心叉指電容的作用，應(yīng)變檢測器件的整體厚度為600μm。

所述的一種基于彈性基底夾心叉指電容的應(yīng)變檢測器件，如圖2所示，豎向的電容為C₁，橫向的電容為C₂，則總電容為C＝C₁+C₂，外界應(yīng)變產(chǎn)生的電容變化為ΔC＝ΔC₁+ΔC₂，此結(jié)構(gòu)相對于普通叉指結(jié)構(gòu)增大了金屬絲4和金屬絲5之間的正對面積，使夾心叉指電容的電容值變大，改善了普通叉指結(jié)構(gòu)電容值變化微弱的問題，從而提高了應(yīng)變檢測器件的靈敏度，并且靈敏度可通過叉指結(jié)構(gòu)的叉指數(shù)目和間距進行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明應(yīng)變檢測器件制作工藝：選擇與應(yīng)變檢測器件彈性基底大小相同的模具，制作夾心叉指電容結(jié)構(gòu)的V形槽，V形槽的的角度為60°，槽深為200μm，，將金屬絲置于模具V型槽中，金屬絲截面的一半位于V型槽中，一半在V型槽外部，涂覆彈性材料形成彈性基底，然后脫模，金屬絲在彈性基底上形成夾心叉指電容結(jié)構(gòu)，再在脫模后的夾心叉指電容結(jié)構(gòu)上涂覆彈性材料形成覆蓋層，保護夾心叉指電容結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明應(yīng)變檢測器件檢測應(yīng)變的基本原理為：首先將待測物體表面打磨清洗至平整干凈，將本發(fā)明應(yīng)變檢測器件基底下表面均勻涂膠，粘貼在待測物體表面上，當(dāng)待測物體表面發(fā)生形變時，應(yīng)變檢測器件產(chǎn)生形變，形變經(jīng)過彈性基底傳遞到夾心叉指電容上，使金屬絲之間的正對面積和距離發(fā)生變化，從而使電容值發(fā)生變化，通過電容檢測電路對電容值的檢測和計算機的分析得出待測物體表面產(chǎn)生的應(yīng)變大小。

電容檢測電路框圖如圖4所示，整個檢測電路由電容的檢測和放大電路、全波整流電路和低通濾波電路組成。將高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻正弦波信號施加于被測電容上，使被測電容變換成容抗，然后通過帶負反饋回路的C/V轉(zhuǎn)換電路，容抗變成交流電壓信號，電壓信號又經(jīng)負反饋回路反饋到輸入端，實現(xiàn)對電容變化量的檢測，輸出的交流電壓信號再經(jīng)過放大器放大，進入全波整流電路轉(zhuǎn)變成直流電平，最后經(jīng)過低通濾波器加以濾波，輸入到計算機進行分析。