使用弯曲成螺旋线或双螺旋线电敏装置的传感器制造方法及图纸

本发明专利技术的各种传感器采用与检测电路电连接的电敏装置（１１）。电敏装置（１１）包括围绕短轴（１３）弯曲成螺旋线的连续电敏元件（１２）形式的电敏结构，所述短轴（１３）本身是弯曲的，例如围绕长轴（１４）弯曲成螺旋线。当装置（１１）的端部（１６）发生相对运动而受到激励时，由于短轴（１３）是弯曲的，因此，电敏结构就围绕短轴进行扭转。连续元件（１２）具有由多个层（２１和２２）构成的弯曲结构，所述的层包括至少一个电敏材料层，从而伴随着扭转，连续元件（１２）进行弯曲而产生可由检测电路进行检测的电信号。电敏装置（１１）优选地用作传感器中的传感元件，因为它具有较大的位移、较高的灵敏度和较低的柔度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用电敏装置的传感器，也就是，采用电敏结构来检测结构端部相对位移的装置。
技术介绍
电敏材料是在通电时发生变形或者反之在变形的情况下其电性能就发生变化的材料。人们最熟悉和最普遍使用的电敏材料是压电材料，但其它类型的电敏材料包括电致伸缩材料和压阻材料。很多利用电敏性能的装置已为人所知。简单的压电加速度传感器包括压电材料块。但是，由于压电效应很小，只有10-10m/V的数量级，因此，传感器的灵敏度很低，且输出电信号的电平也很低。这是这类传感器的一个主要的缺陷，因为较低的信号电平使其易受噪声的影响。通常，需要特殊的电荷放大器和特殊的电缆线路来使噪声最小，并保证检测电路所检测的生成信号具有足够低的信噪比。这就使很多制造商利用现代微加工技术将加速度传感器和电子仪器集成在一个硅装置中，这种装置具有广泛的用途，例如用于汽车气囊。由于压电材料块的位移很小，因此，需要一个机械致动器，通常是主悬臂，但这使传感器的整体灵敏度受到限制。人们开发了更为复杂的电敏结构来实现较大的位移，并扩展用作位移传感器。但这种电敏结构具有如下的缺陷。已知的电敏结构是一种弯曲的结构，例如双层弯曲结构。对于这种弯曲结构，电敏结构包括多个层，其中至少一个层是电敏材料层。当通过沿垂直于层的方向对弯曲层进行弯曲而产生机械激励时，层就发生变形，且各层之间沿长度的变化是不同的，例如，由于各层相互连接而彼此受到约束，因此一个层膨胀，而另一个层则收缩。因此，根据结构端部的相对位移而输出电压。但是，弯曲层的相对位移在空间并不是沿直线轨迹。由于结构弯曲且弯曲度增大，因此端部在空间是沿曲线进行相对移动。另外，由于相对位移较大，因此必须增大结构的长度，由此而带来了不便。例如，为了通过双层弯曲结构来获得0.1mm数量级的位移量，通常需要结构的长度大约为5cm。为了在传感器中使用，电敏装置最好可承受在空间沿直线的较大位移和相对较小的弯曲量，以便于提高灵敏度。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供一种传感器，该传感器包括一个与检测电路电连接的电敏装置，该电敏装置包括一个沿弯曲短轴延伸的电敏结构，并布置成当结构端部相对移动而产生机械激励时，结构就随之围绕短轴扭转而产生电信号，检测电路布置成可检测所产生的电信号。由于装置沿弯曲短轴延伸，因此，当装置端部之间发生相对位移时，结构就随之围绕短轴进行扭转。电敏装置所遵循的物理原理是，弯曲目标物扭转使得垂直于局部曲线产生位移，反之，弯曲目标物端部的位移使得沿其长度发生扭转。位移等于结构短轴方位相对于其原始方位的变化量。装置使用在受到激励时就发生扭转的电敏结构。对于结构沿弯曲短轴的任意给定小的部分，由于短轴是弯曲的，相邻部分以一定的角度延伸到给定部分，因此就很容易观察到该给定部分的扭转是如何使相邻部分转动并因此而使它们沿垂直于给定部分局部曲线的相反方向进行相对移动。因此，给定部分扭转就伴随着相邻部分垂直于曲线平面发生相对移动。扭转度与给定部分的弯曲度和相对位移量成正比。对于围绕长轴沿规则曲线例如圆弧或螺旋线延伸的短轴，端部沿平行于结构长轴的方向的相对移动就在每个部分中沿相同方向产生位移。因此，本专利技术的电敏装置可检测空间直线位移。可被检测的位移范围与结构沿短轴的长度成正比，因为结构沿短轴的每个部分都对整体位移有作用。因此，可将传感器布置成通过对装置进行适当的设计，特别是通过对结构沿短轴的长度和用于控制扭转区域响应量的结构类型进行选择来检测任何所需的位移度。由于结构沿弯曲短轴延伸，因此，就可制造出相对精巧的装置。而且，由于所作用的力和位移分布在装置的所有部分上，因此装置具有较小的弯曲度。这就使装置具有较高的灵敏度。将电敏装置用作传感器的一个重要优点是其灵敏度。由于装置具有机械柔性，因此它可产生较大的响应信号，并具有良好的信噪比。另外，可通过改变装置的几何参数来精确地设定其柔性值，从而使其符合给定的应用要求。通常，短轴沿曲线延伸，该曲线可以是任意的形状。一种可能是短轴延伸所沿的曲线是平面曲线，例如是圆弧或平面螺线。在此情况下，受到激励时将产生垂直于曲线平面的位移。装置沿发生相对位移的方向的厚度仅仅是电敏结构的厚度，因此，就可制造出相对较薄的装置。另一种可能是短轴延伸所沿的曲线是螺旋线。在此情况下，结构的每个螺旋圈都对沿形成螺旋线所围绕的几何长轴方向的位移产生影响。因此，就可获得与螺旋圈数成正比的较大位移量，从而使较为精巧的装置可产生较大的位移。电敏结构最好具有可通过围绕短轴进行弯曲同时伴随着结构围绕短轴发生扭转来进行机械激励的部分。因此，电敏部分可具有在受到激励时进行弯曲的任何结构。优选使用在受到激励时进行弯曲的电敏结构，因为这使得可对结构进行选择使结构中所有的电敏材料都受到激励，从而提高装置的效率。而且，使用受到激励时可进行弯曲的电敏结构可简化设计。优选的结构是包括多个层的已知弯曲结构，且最好是具有两个层的双层弯曲结构，所述的层包括至少一个电敏材料层。这种结构是公知的并可应用于直线弯曲层且特别容易进行制造。当弯曲结构应用于本专利技术的部分上时，可获得相同的优点。但是，也可采用其它任何在受到激励时进行弯曲的结构。最好，电敏结构包括围绕短轴弯曲的连续电敏元件，所述电敏部分为连续元件的相邻有限部分。该结构特别易于制造，例如通过将可变形的连续电敏元件卷绕成型。最好，其中，连续电敏元件围绕短轴弯曲成螺旋线。通过采用围绕短轴弯曲成螺旋线的连续电敏元件，可获得很多的优点。首先，便于提供一个沿短轴长度方向规则的结构，并因此而沿短轴的整个长度具有相同的扭转度。其次，螺旋结构便于进行制造，例如通过将可变形的连续元件卷绕成型或通过将一个螺旋结构切割成管状电敏元件。再者，由于元件围绕短轴的螺旋圈可紧密地压紧在一起，因此装置非常紧凑。但是，电敏结构还可包括具有不同形状的连续电敏元件，这些形状可使其围绕短轴进行弯曲同时伴随着围绕短轴进行的扭转。例如，它可包括具有围绕短轴进行扭转的平元件形状的连续元件。另外，电敏结构可包括多个相互连接在一起的电敏部分，而不是包括连续的电敏元件。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面将结合附图通过非限制性的例子对本专利技术的实施方式进行描述，其中图1是第一电敏装置的平面图；图2是第二电敏装置的侧视图；图3是图1所示第一装置或图2所示第二装置中的一部分的透视图；图4是位移传感器的侧视图；图5是液位传感器的侧视图；图6是第一压力传感器的横截面图；图7是第二压力传感器的横截面图；图8是麦克风的横截面图；图9是加速度传感器的侧视图；图10是检测电路的电路图，该检测电路是一个积分电流检测电路；图11是旋转编码器形式的传感器的侧视图；图12是具有允许第一或第二装置象陀螺仪一样进行工作的另外的结构的图1所示第一装置或图2所示第二装置中的一部分的透视图。具体实施例方式本专利技术的各种传感器采用电敏装置。为清楚起见，首先对电敏装置进行描述，然后再描述各种传感器。在以下的说明书中，以假想的短轴和长轴为基准对电敏装置进行描述，但短轴和长轴仍然对观测和确定装置是有用的。图1示出了本专利技术的第一电敏装置1。装置1包括由连续的电敏元件2构成的结构，电敏元件2围绕短轴3弯曲成螺旋形，整个结构沿短轴3延伸。短轴3是弯曲的，并沿着围绕垂直于短轴3平面也就是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其包括与检测电路电连接的电敏装置，该电敏装置包括沿弯曲短轴延伸的电敏结构，并布置成当结构端部相对移动而产生机械激励时，结构就随之围绕短轴进行扭转而产生电信号，检测电路布置成可检测所产生的电信号。

【技术特征摘要】
GB 2001-6-20 0115074.71.一种传感器，其包括与检测电路电连接的电敏装置，该电敏装置包括沿弯曲短轴延伸的电敏结构，并布置成当结构端部相对移动而产生机械激励时，结构就随之围绕短轴进行扭转而产生电信号，检测电路布置成可检测所产生的电信号。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，电敏装置的结构端部与相对位移待检测的可相对移动的元件相连。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，元件中的一个是浮子。4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，元件中的一个是活塞，活塞适合于在流体压力作用于其上时产生运动，从而使该传感器成为压力传感器。5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，活塞是刚性元件。6.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，活塞是柔性膜片。7.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，元件中的一个是声音检测元件，声音检测元件适合于在声波射入到其上时产生运动，从而该传感器构成麦克风。8.根据权利要求2-7之一所述的传感器，其特征在于，另一个元件支承着元件中的所述一个。9.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，元件中的一个是质量块，从而该传感器构成用于检测另一个元件加速度的加速度传感器。10.根据前述任意一项权利要求所述的传感器，其特征在于，检测电路布置成可检测电压形式的电信号。11.根据权利要求1-9之一所述的传感器，其特征在于，检测电路是积分电流检测电路。12.根据权利要求1所述的传感器，其还包括旋转元件，旋转元件围绕其旋转轴线的外周面上具有半径变化的结构，电敏装置的一端与接合上述外周面的元件相连，以便于对其结构进行检测，从而该传感器就构成旋转编码器。13.根据权利要求12所述的传感器，其特征在于，围绕旋转轴线沿不同的方向，结构具有不同的形状。14.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，电敏装置的结构通过作用与所述第一次提及的电信号无关的激励电信号而产生电激励，该传感器还包括与电敏装置电连...

【专利技术属性】
技术研发人员：M加雷斯，A胡利，DH皮尔斯，UR勒内尔，MR谢泼德，
申请(专利权)人：一有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]