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原文传递一种微型声发射谐振式电容传感器及其使用方法

专利名称：	一种微型声发射谐振式电容传感器及其使用方法
摘要：	本发明公开了一种微型声发射谐振式电容传感器，包括基板，所述基板上平面固定有z方向响应传感单元、y方向响应传感单元和x方向响应传感单元。其中z方向响应传感单元包含可移动上极板和下极板；y方向响应传感单元包含可移动极板和两块固定侧极板；x方向响应传感单元包含可移动极板和两块固定侧极板。在传感器的频率响应范围内，当声波频率与传感器固有频率相近或相等时，可移动电极板能在特定方向发生位移，得到变化的电信号，实现传感器对材料裂纹的三维动态位移检测。本发明实现了多功能传感单元一体化，结构简单，成本低，稳定性好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏科技大学
发明人：	张礼华;夏称阳;刘宏西;刘芳华;李冲;包泓;郭颖;陈妮娜
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910715934.6
公开号：	CN110361452A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	楼高潮
分类号：	G01N29/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	212003 江苏省镇江市梦溪路2号
主权项：	1.一种微型声发射谐振式电容传感器，包括基板(4)，其特征在于，所述基板(4)的上平面固定有z方向响应传感单元(1)、y方向响应传感单元(2)和x方向响应传感单元(3)；其中，所述z方向响应传感单元(1)包括上极板(11)、下极板(12)和用于信号输出的第一引脚(131)、第二引脚(132)和第三引脚(133)，所述上极板(11)包括开设有若干蚀刻孔(112)的可移动极板(111)、L形弹簧(113)和用于固定L形弹簧的锚(114)，其中所述可移动极板(111)连接四个所述L形弹簧(113)的一端，四个所述L形弹簧(113)两两成对的另一端相向连接锚(114)，所述锚(114)固定在所述下极板(12)上，所述下极板(12)固定在所述基板(4)上，所述上极板(11)前端连接所述第一引脚(131)和所述第三引脚(133)，所述下极板(12)前端连接所述第二引脚(132)；所述y方向响应传感单元(2)包括中间极板(21)、安置在中间极板(21)两侧的两块侧极板(22)和用于信号输出的第一引脚(231)、第二引脚(232)和第三引脚(233)，所述中间极板(21)由y方向可移动极板(211)、用于支撑y方向可移动极板(211)的U形弹簧(212)、用于固定U形弹簧的锚(213)和多个指型凸块Ⅰ(214)组成，其中所述y方向可移动极板(211)两端分别相向连接两个所述U形弹簧(212)，所述U形弹簧(212)两两成对与锚(213)相连接，所述锚(213)固定在所述基板(4)上，所述指型凸块Ⅰ(214)对称设置在y方向可移动极板(211)两侧；两块所述侧极板(22)的一侧设有多个与指型凸块Ⅰ(214)间隙啮合的指型凸块Ⅱ(221)，另一侧设有用于连接和固定在所述基板(4)上的凸块(222)，所述指型凸块Ⅰ(214)和所述指型凸块Ⅱ(221)在平行于y方向上的间隙为第一间隙G1和第二间隙G2，所述中间极板(21)前端连接所述第二引脚(232)，所述两块侧极板(22)前端连接所述第一引脚(231)和所述第三引脚(233)；所述x方向响应传感单元(3)包括中间极板(31)、安置在中间极板(31)两侧的两块侧极板(32)和用于信号输出的第一引脚(331)、第二引脚(332)和第三引脚(333)，所述中间极板(31)由x方向可移动极板(311)、用于支撑x方向可移动极板(311)的U形弹簧(312)、用于固定U形弹簧的锚(313)和多个指型凸块Ⅲ(314)组成，其中所述x方向可移动极板(311)两端分别对称平行连接两个所述U形弹簧(312)，所述U形弹簧(312)两两成对与锚(313)相连接，所述锚(313)固定在所述基板(4)上，所述指型凸块Ⅲ(314)对称设置在y方向可移动极板(211)两侧；两块所述侧极板(32)的一侧设有多个与指型凸块Ⅲ(314)间隙啮合的指型凸块Ⅳ(321)，另一侧设有用于连接和固定在所述基板(4)上的极板(322)，所述指型凸块Ⅲ(314)和所述指型凸块Ⅳ(321)在平行于y方向上的间隙为第五间隙G5和第六间隙G6，所述中间极板(31)前端连接所述第二引脚(332)，所述两块侧极板(32)前端连接所述第一引脚(331)和所述第三引脚(333)。 2.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的z方向响应传感单元(1)的可移动极板(111)的形状为圆形。 3.根据权利要求2所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的圆形的半径为50μm～300μm。 4.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的z方向响应传感单元(1)的第一引脚(131)和第三引脚(133)施加大小相同的正电压，所施加电压大于0V且小于等于10V，第二引脚(132)施加负电压，所施加电压小于0V且大于等于-10V。 5.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的y方向响应传感单元(2)的指型凸块Ⅰ(213)和指型凸块Ⅱ(221)的第一间隙G1和第二间隙G2不相等。 6.根据权利要求5所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的第一间隙G1和第二间隙G2的大小为1μm～10μm。 7.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的x方向响应传感单元(3)的弹簧元件(312)的形状为U形。 8.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的x方向响应传感单元(3)的指型凸块Ⅲ(314)和指型凸块Ⅳ(321)的第五间隙G5和第六间隙G6相等。 9.根据权利要求1所述的一种微型声发射谐振式电容传感器，其特征在于，所述的x方向响应传感单元(3)的第二引脚(332)施加正电压，所施加电压大于0V且小于等于10V，第一引脚(331)和第三引脚(333)施加大小不同的负电压，所施加电压小于0V且大于等于-10V。 10.一种微型声发射谐振式电容传感器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将所述微型声发射谐振式传感器粘接在待检测材料表面或者嵌入到待检测材料内部；步骤二，首先，将所述微型声发射谐振式传感器中z方向响应传感单元(1)的第一引脚(131)和第三引脚(133)接大小相同的正电压，第二引脚(132)接负电压，y方向响应传感单元(2)的第二引脚(232)接正电压，第一引脚(231)和第三引脚(233)接大小相同的负电压，x方向响应传感单元(3)的第二引脚(332)接正电压，第一引脚(331)和第三引脚(333)接大小不同的负电压，其次，外接低噪声信号线，然后，依次连接前置放大器、低通滤波器和差分放大电路，最后连接三通道示波器，对待检测材料进行检测；步骤三，当被检测材料产生裂纹或断裂时，三通道示波器分别显示声波信号，即在z方向、y方向和x方向上的声波大小和变化幅度。
所属类别：	发明专利