專利名稱：應(yīng)用混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料的壓力傳感器裝置及壓力信號感應(yīng)方法
應(yīng)用混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料的壓力傳感器裝置及
壓力信號感應(yīng)方法 技術(shù) 領(lǐng)域本發(fā)明涉及利用混入了微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料在其受外界影響發(fā)生變形的 情況下，及電氣特性發(fā)生變化，將柔軟材料在外界影響下發(fā)生的變形及內(nèi)部應(yīng)力變化所引 起的相關(guān)的電氣信號變化檢測出用來作為引起柔軟材料變形及內(nèi)部應(yīng)力變化的壓力信號 的裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的壓力傳感器有薄膜變形后檢測應(yīng)變的應(yīng)變傳感器的，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè) 及民用領(lǐng)域。以上的傳感器，其作為感應(yīng)速度信號的材料或者機構(gòu)基本都是硬質(zhì)的材料。還 沒有像橡膠一樣的柔軟高分子材料作為壓力信號感應(yīng)材料同時構(gòu)造簡單的的壓力傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
前述的傳統(tǒng)的壓力傳感器，都是應(yīng)用硬質(zhì)的感應(yīng)材料或者機構(gòu)。本發(fā)明的柔軟壓 力感應(yīng)材料作為速度感應(yīng)材料的應(yīng)用，提供了一種新型的壓力傳感器及壓力檢測方法。并 且該柔軟感應(yīng)材速度傳感器構(gòu)造簡單，有利于降低壓力傳感器生產(chǎn)成本和根據(jù)廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明的目的，是提供了新型的柔軟材料作為壓力傳感器感應(yīng)材料的壓力傳感器 裝置及壓力信號的感應(yīng)檢測方法。也就是應(yīng)用了混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料壓力傳感 器裝置及壓力感應(yīng)方法。本專利申請的第一個發(fā)明內(nèi)容是，發(fā)明了應(yīng)用混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料作為 壓力傳感器感應(yīng)材料的速度信號的檢測方法。是提供了混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在壓 力作用下其形狀發(fā)生變化時，其形狀變化的速度引起的該柔軟材料的電氣特性變化的檢測 方法，并將應(yīng)用此檢測方法檢測出的電信號變化作為壓力信號的檢測方法。另外，本發(fā)明申請的第二個發(fā)明內(nèi)容是，該壓力傳感器裝置由以下幾部分組成a， 柔軟的高分子橡膠材料；b，混入柔軟中的導(dǎo)電性微小機械構(gòu)造材料；C，引起柔軟材料變形 的機構(gòu)；d，柔軟構(gòu)造體電氣特性檢測及將檢測出的與柔軟構(gòu)造體變形的壓力相關(guān)的電信號 分離出并將壓力信號輸出電信號檢出模塊。關(guān)于發(fā)明的效果的說明依據(jù)本發(fā)明申請的發(fā)明，可以用柔軟的混入了微型構(gòu)造的材料來用作壓力傳感器 的感應(yīng)壓力信號的材料，制作新型壓力傳感器。該新型壓力傳感器構(gòu)造簡單，將更加有利于 壓力傳感器的廣泛使用。本發(fā)明實施時最佳方案的說明一，混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在受到外界壓力影響發(fā)生形狀變化時其內(nèi)部微 小構(gòu)造體的機電特性變化特性及其利用混入微小導(dǎo)電構(gòu)造的柔軟材料，如橡膠材料中的 具有導(dǎo)電特性的微小構(gòu)造體，由于是微小的機械構(gòu)造，當柔軟材料的形狀發(fā)生變化時，微小機械構(gòu)造受周圍的柔軟材料的微小范圍內(nèi)的壓力的影響，并且由于在微小空間范圍內(nèi)發(fā)生 在微小構(gòu)造體周圍的柔軟材料的應(yīng)力不均衡，將是微小構(gòu)造體發(fā)生變形，使其導(dǎo)電特性發(fā) 生變化。在柔軟材料中的微小機械構(gòu)造體的導(dǎo)電特性的變化，在宏觀上，導(dǎo)致混入了微小機 械構(gòu)造的柔軟材料的電氣特性發(fā)生變化。通過電子檢測回路，將混入了微小構(gòu)造體的柔軟 材料的隨其內(nèi)部應(yīng)力變化而引起的電氣特性變化檢測出，并且將外部變形所引起的內(nèi)部應(yīng) 力變化中的由外部速度變化所導(dǎo)致的分離處理，作為檢測出壓力信號輸出。

圖1，圖2是本發(fā)明申請中的混入柔軟材料中的微小機械構(gòu)造的模型圖。圖3是混入了具有導(dǎo)電特性的柔軟材料的電氣模型圖。從電氣特性上看，混入了具有導(dǎo)電特性的微小機械構(gòu)造的柔軟材料可以看做是由電阻(R)，電容(C)，電感(L)組成 的網(wǎng)絡(luò)。圖1，圖2中的尖形部分的開合與應(yīng)力的變化關(guān)系以下算式表示。L' = L+ALR' = R+ARC，=C+Δ CL，C，R 柔軟材料內(nèi)的螺旋狀微小導(dǎo)電構(gòu)造變形前的電感值，電容值，電阻值。L’，C’，R’ 柔軟材料內(nèi)的螺旋狀微小導(dǎo)電構(gòu)造變形前的電感值，電容值，電阻值。柔軟材料中混入的具有導(dǎo)電性的微小機械構(gòu)造體的變化，將導(dǎo)致整個混入微小導(dǎo) 電構(gòu)造的柔軟材料的整體的電氣特性的變化。即，柔軟材料的阻抗的變化。二，利用本發(fā)明制作壓力傳感器的應(yīng)用例上述微小構(gòu)造材料混入型速度傳感器的模型圖由圖4來表示。圖4中在混入了微 小構(gòu)造體的柔軟材料20上下，放置了上下兩個壓力傳遞機構(gòu)10。上下方向發(fā)生相對壓力變 化時，兩個兩個壓力傳遞機構(gòu)10將擠壓位于兩個電極40之間的柔軟感應(yīng)材料。使得柔軟 感應(yīng)材料內(nèi)的柔軟材料相對于其內(nèi)部的微小構(gòu)造體發(fā)生位移變化，該位移變化，將引起其 內(nèi)部微小機構(gòu)的形狀發(fā)生變化，進而使得兩個電極之間的電氣特性發(fā)生變化。速度檢測回 路30將兩個電極之間的電氣特性變化檢測出來，并將對其進行濾波及相應(yīng)的補償，作為速 度信號輸出。[設(shè)計上的注意點]在設(shè)計兩個壓力傳遞機構(gòu)10時，應(yīng)加上使其運動范圍能限制在所要測定的壓力 變化范圍之內(nèi)的裝置，避免壓力感應(yīng)材料被擠壓破壞。應(yīng)用例1全體構(gòu)成說明圖4是本發(fā)明的第一應(yīng)用例的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的壓力傳感器的的略圖。應(yīng)用本發(fā)明的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的壓力傳感器裝置由，兩個壓力傳遞機構(gòu)10，柔 軟感應(yīng)材料20，速度檢測回路30，電極40及導(dǎo)線50組成。(1)壓力傳遞機構(gòu)10 相對速度發(fā)生機構(gòu)10是放置在柔軟感應(yīng)材料兩側(cè)，用來發(fā)生傳遞壓力并限制壓 力大小的部件。(2)柔軟感應(yīng)材料20 柔軟感應(yīng)材料20用來感應(yīng)加載在其上的形狀變化的部件。其中混入了微小的導(dǎo)電性構(gòu)造體。微小的構(gòu)造體可以是微小的碳素線圈形狀的導(dǎo)電材料，也可以是其他的可以 變形并且形狀的變化將引起其電氣特性變化的微小導(dǎo)電構(gòu)造體。(3)傾斜機構(gòu)速度檢測回路30 傾斜機構(gòu)壓力檢測回路30，也就是指對兩個電極之間的阻抗進行檢測的電子回路 系統(tǒng)。(4)電極 40 電極30是用來向夾在其間的柔軟感應(yīng)材料加載電信號的部件?？梢允怯操|(zhì)的金 屬，也可以是柔軟的導(dǎo)電材料。(5)壓力信號的檢測方法速度信號的檢測方法，可以用高頻或直流信號加載在兩個電極之間，當加外界壓 力導(dǎo)致的柔軟感應(yīng)材料的形狀發(fā)生變化時，檢測流過柔軟感應(yīng)材料兩個電極之間的高頻電 流或直流電流變化的大小，對其進行檢波，濾波，放大等處理來得到壓力變化信號。應(yīng)用例2本發(fā)明的第2應(yīng)用例說明。本發(fā)明可以設(shè)計成更加簡單的構(gòu)造的壓力傳感器。圖5是本發(fā)明的第2個應(yīng)用例的應(yīng)用柔軟感應(yīng)材料的簡單的構(gòu)造的壓力傳感器。在該應(yīng)用例中，用柔軟的導(dǎo)電性材料制作電極。這樣，整個壓力傳感器，除去檢測 回路和引出導(dǎo)線部分，其余部分都是由柔軟材料組成。圖的簡單說明圖1柔軟材料中混入的微小螺旋構(gòu)造的微小空間范圍內(nèi)的示意圖。圖2柔軟材料中混入的微小螺旋構(gòu)造的微動部分發(fā)發(fā)生變形時的示意圖。圖3柔軟感應(yīng)材料電氣模型圖。圖4應(yīng)用混入了微小導(dǎo)電構(gòu)造體的感應(yīng)材料制作的壓力傳感器應(yīng)用例示意圖。圖5應(yīng)用混入了微小導(dǎo)電構(gòu)造體的感應(yīng)材料制作的壓力傳感器簡單構(gòu)造應(yīng)用例 示意圖。符號說明10 壓力傳遞機構(gòu)1020:柔軟感應(yīng)材料30 加速度檢測回路40 電極50 導(dǎo)線
權(quán)利要求
1.應(yīng)用混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料作為壓力傳感器感應(yīng)材料的速度信號的檢測方 法。是提供了混入了微小構(gòu)造體的柔軟材料在壓力作用下其形狀發(fā)生變化時，其形狀變化 的速度引起的該柔軟材料的電氣特性變化的檢測方法，并將應(yīng)用此檢測方法檢測出的電信 號變化作為壓力信號的檢測方法。
2.該壓力傳感器裝置由以下幾部分組成a，柔軟的高分子橡膠材料；b，混入柔軟中的 導(dǎo)電性微小機械構(gòu)造材料；c，引起柔軟材料變形的機構(gòu)；d，柔軟構(gòu)造體電氣特性檢測及將 檢測出的與柔軟構(gòu)造體變形的壓力相關(guān)的電信號分離出并將壓力信號輸出電信號檢出模 塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用混入了微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料在其受外界影響發(fā)生變形的情況下，及電氣特性發(fā)生變化，將柔軟材料在外界影響下發(fā)生的變形及內(nèi)部應(yīng)力變化所引起的相關(guān)的電氣信號變化檢測出用來作為引起柔軟材料變形及內(nèi)部應(yīng)力變化的壓力信號的裝置及方法。解決方法提供了新型的柔軟材料作為壓力傳感器感應(yīng)材料的壓力傳感器裝置及壓力信號的感應(yīng)檢測方法。也就是應(yīng)用了混入微小構(gòu)造體的柔軟感應(yīng)材料壓力傳感器裝置及壓力感應(yīng)方法。
文檔編號G01L1/22GK102062652SQ20091021249
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者郭松 申請人:無錫千里信步精密機電科技有限公司