一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置。压电元件包括压电片，压电片包括压电薄膜层、压电薄膜层上下表面设置的电极层、以及每个电极层的外表面覆盖的绝缘层；每个电极层均引出信号线。压电传感器包括压电元件和柔性机构，柔性机构包括作为传感器测头的基座和镶嵌在基座两侧的柔性基板，压电元件粘贴到至少任一柔性基板表面，且压电元件的底端与柔性基板的一端对齐，顶端与基座的边缘对齐。速度及位移检测装置包括压电传感器，其中一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的正极，另一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的负极。该压电元件及压电传感器能满足体积要求苛刻的位移和线速度高精度、高频响测量需求。

【技术实现步骤摘要】
一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置
本技术属于传感与测试
，尤其涉及一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置。
技术介绍
压电薄膜，例如公知的PVDF压电片、公知的压电纤维等，因其优良的柔韧可弯曲性质，被大量用于制造传感器。压电传感器的基本原理是基于压电材料的正压电效应，即外力或位移促使压电片产生应变，进而在压电片表面产生电荷。压电传感器的优点是精度高、频响高，尤其适用于动态测量。目前公知的压电片大量用于风速、应变、力和振动加速度的测量。例如，专利号201310634131.0设计了用于气流检测的PVDF超声传感器；专利201310712358.2利用压电PVDF薄膜进行混凝土应力测量；专利号200810243318.7提出了测量脉搏的PVDF阵列触觉传感器。目前公知的体位移高精度测量大多数传感器是激光位移传感器、电容测位移、电涡流传感器等。激光位移传感器体积较大，虽然电容测微仪和电涡流传感器体积可以做到厘米量级，但是这些传感器仍然不能用于非常狭窄空间的位移测量，例如小型多自由度精密定位平台对传感器的体积和安装非常苛刻。另外，对于高精度(亚微米和纳米量级)、高频响(上千赫兹)的位移测量，传统的激光位移传感器、电容测微仪等的价格非常昂贵。另一方面，目前公知的转速测量一般采用光栅或其他方式，但是对于线速度的测量，相应的传感器较少，尤其是对于往复运动的高频响、高精度线速度测量，目前公知的激光多普勒传感器价格非常昂贵，而且测量系统复杂。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种压电元件、压电传感器和速度及位移检测装置，该压电元件及压电传感器能满足体积要求苛刻的位移和线速度高精度、高频响测量需求。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于压电薄膜的压电元件，包括压电片，所述压电片包括压电薄膜层、所述压电薄膜层上下表面设置的电极层、以及每个所述电极层的外表面覆盖的绝缘层；每个电极层均引出一根信号线。本技术的有益效果是：减小了压电片的电荷泄露，提高测量精度。进一步，所述压电片为三角形形状，且为柔性压电片，所述绝缘层为柔性绝缘层。采用上述进一步方案的有益效果是：确保了体位移和线速度的高灵敏度测量。进一步，所述压电薄膜层为PVDF压电薄膜。一种基于压电薄膜的压电传感器，包括上述压电元件和柔性机构，柔性机构包括作为传感器测头的基座和镶嵌在基座两侧的柔性基板，所述压电元件粘贴到至少任一所述柔性基板的表面，且所述压电元件的底端与所述柔性基板的一端对齐，顶端与所述基座的边缘对齐。本技术的有益效果是：利用柔性机构的变形实现位移量和速度的传递和感测。进一步，还包括两个支撑块，每个支撑块分别与每个柔性基板的一端刚性连接。采用上述进一步方案的有益效果是：使测量时支撑结构相对被测对象是静止的，从而实现体位移和速度的测量。本技术还提供了一种基于压电薄膜的速度及位移检测装置，包括上述压电传感器，其中一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的正极，另一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的负极。本技术的有益效果是：本技术是一种采用柔性压电片和柔性机构来构成的压电传感器，其突出特点是柔性压电片为三角形形状，电荷放大器为公知的电荷放大电路，其输出电压用于测量位移；电流放大器为公知的电流放大电路，其输出的电压用于测量速度，从而确保了体位移和线速度的测量，适用于体积和安装空间非常狭小的场合，而且测量精度和频响高，具有推广使用的价值。附图说明图1是本技术涉及的压电元件结构示意图；图2是本技术涉及的传感器结构图；图3是本技术涉及的传感器，其中包含a、b、c、d、e五种压电元件的布局方式示意图；图4是本技术的速度及位移检测装置结构图；图5是本技术测量方法用于精密定位平台位移和速度测量的一个实施例；图6是本技术传感器用于振动位移和速度测量的一个实施例。图中：1-压电片，2-绝缘层，3-信号线，4-支撑结构，5-电荷放大器，6-电流放大器，7-柔性基板，8-基座，9-压电薄膜层，10-电极层，11-精密定位平台，12-振动台。具体实施方式以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。如图1所示，本技术涉及一种基于压电薄膜的压电元件，包括压电片1，所述压电片1包括压电薄膜层9、所述压电薄膜层9上下表面设置的电极层10、以及每个所述电极层10的外表面覆盖的绝缘层2；每个电极层10均引出一根信号线3。所述压电片1为三角形形状，且为柔性压电片，所述绝缘层为柔性绝缘层。所述压电薄膜层9为PVDF压电薄膜。如图2、图3所示，一种基于压电薄膜的压电传感器，包括上述压电元件和柔性机构，柔性机构包括作为传感器测头的基座8和镶嵌在基座8两侧的柔性基板7，所述压电元件粘贴到至少任一柔性基板7表面，且所述压电元件的底端与柔性基板7的一端对齐，顶端与基座8的边缘对齐。还包括两个支撑块，每个支撑块分别与每个柔性基板的一端刚性连接。如图4所示，一种基于压电薄膜的速度及位移检测装置，包括上述压电传感器，其中一根信号线3连接电荷放大器5和电流放大器6的正极，另一根信号线3连接电荷放大器5和电流放大器6的负极。其中所述电荷放大器5为公知的电荷放大电路，其输出电压用于测量位移；所述电流放大器6为公知的电流放大电路，其输出的电压用于测量速度。所述柔性机构为两端固定，由柔性基板7和基座8组成，所述基座的运动位移和速度即为被测对象。所述压电元件粘贴在所述柔性机构的柔性基板7表面，压电元件的底端与所述柔性基板7的固定端对齐，所述压电元件的顶端与所述柔性机构的基座8的边缘对齐。当所述柔性机构的基座8发生运动位移时，所述柔性基板7产生弯曲，进而在柔性基板内部产生应变，导致所述压电元件产生电荷，实现被测量的感测。所述支撑结构4为所述传感器的结构支撑主体，测量时所述支撑结构4相对被测对象是静止的。如图5所示是公知的精密定位平台11，该精密定位平台11内部大量存在所述的柔性机构，应用时只需将所述压电元件粘贴在所述柔性机构的柔性基板7表面，其中一根信号线3连接电荷放大器5和电流放大器6的正极，另一根信号线3连接电荷放大器5和电流放大器6的负极。其中所述电荷放大器5为公知的电荷放大电路，其输出电压用于测量位移；所述电流放大器6为公知的电流放大电路，其输出的电压用于测量速度。所述柔性机构的基座8的运动位移近似等于精密定位平台11的输出端的位移，通过所述压电元件测量出所述基座8的位移和速度，即可获得精密定位平台的运动位移和运动速度，该测量方法非常适用于对体积和安装空间要求苛刻的测量场合。具体地，作为优选，所述压电片1为公知的压电聚合物薄膜，即PVDF压电薄膜。具体地，在所述柔性基板7的上下表面同时粘贴两片一样的压电片1，构成差分测量模式，提高测量精度。如图6所示，是本技术涉及的在振动台12上用于测量振动位移和线速度的实施例，包括上述压电传感器，其中一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的正极，另一根信号线连接电荷放大器和电流放大器的负极。测量时，将所述传感器的基座8，即传感器测头粘贴到被测对象上，其中一根信号线3连接电荷放大器5和电流放大器6的正极，另一根信号线3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电元件，其特征在于，包括压电片，所述压电片包括压电薄膜层、所述压电薄膜层上下表面设置的电极层、以及每个所述电极层的外表面覆盖的绝缘层；每个所述电极层均引出一根信号线。

【技术特征摘要】
1.一种压电元件，其特征在于，包括压电片，所述压电片包括压电薄膜层、所述压电薄膜层上下表面设置的电极层、以及每个所述电极层的外表面覆盖的绝缘层；每个所述电极层均引出一根信号线。2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述压电片为三角形形状，且为柔性压电片，所述绝缘层为柔性绝缘层。3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，所述压电薄膜层为PVDF压电薄膜。4.一种压电传感器，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的压电元件和柔性机构，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌明祥，刘谦，黎启胜，李思忠，田光明，岳新武，蒋宁，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51