一種用於導電複合材料敏感元件的傳感器電路的製作方法

2023-11-06 01:10:12 1

專利名稱：一種用於導電複合材料敏感元件的傳感器電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於傳感器技術領域，特別涉及基於導電複合材料的傳感器的設計。
背景技術：
導電複合材料以其壓敏特性、拉敏特性、氣敏特性等性質而在傳感器領域獲得廣 泛研究和應用，如美國Tekscan公司和Interlink Elctronics公司生產的基於導電複合材 料壓力傳感器電路都是採用直流信號激勵，該公司應用上述基於導電複合材料壓力敏感元 件的傳感器電路如圖1所示，由直流信號源Vp導電複合材料壓力敏感元件(電阻)Rs、運 算放大器及其反饋電阻Rf構成基於負反饋電路的傳感器電路，輸出電壓Vo = _(Rf/Rs)VT。
由於導電複合材料的固有特性，導致其直流電阻值存在較大漂移，進而導致基於 上述直流激勵電路的傳感器存在較大零漂；導電複合材料具有溫度敏感特性，進而導致基 於上述直流激勵電路的傳感器存在較大溫漂；導電複合材料電阻具有較大的粘彈特性，導 致基於上述直流激勵電路的傳感器的重複性較差。

發明內容
本發明的目的是為克服直流激勵的不足之處，提出一種用於導電複合材料敏感元 件的傳感器電路，本發明的傳感器電路具有簡單、節能、低零漂、低溫漂、重複性好的特點， 適合用於各種基於導電複合材料敏感元件的傳感器。 本發明提出的基於導電複合材料敏感元件的傳感器電路，其特徵在於，該傳感器 電路包括依次相連的交流激勵源、信號拾取電路和檢波電路，其中，交流信號源，用於產生 交流的激勵信號提供給信號拾取電路；信號拾取電路，用於完成電阻-電壓轉換，輸出幅值 與敏感元件阻抗成比例、頻率與交流信號源輸出頻率相同的信號白日提供給檢波電路；檢 波電路，用於完成交流信號到直流信號的轉換，提取交流信號的單邊包絡，輸出與敏感元件 阻抗成正比的直流信號。 所述交流信號激勵源為10kHz-lMHz的正弦波，交流激勵信號的幅值為1_5V。
本發明的特點及效果 本發明針對基於導電複合材料的傳感器敏感元件採用交流信號激勵，相對於直流 激勵，使此類傳感器具有零漂小、重複性好、溫度穩定性高的特點。


圖1為Tekscan公司的傳感器電路原理圖。
圖2為本發明傳感器電路的實施電路原理圖。
具體實施例方式
本發明提出的用於導電複合材料敏感元件傳感器電路結合實施例詳細說明如 下
本發明提出的用於導電複合材料敏感元件的傳感器電路，其特徵在於，該傳感器 電路包括依次相連的交流激勵源、信號拾取電路和檢波電路，其中，交流信號源，用於產生 交流的激勵信號提供給信號拾取電路；信號拾取電路，用於完成電阻-電壓轉換，輸出幅值 與敏感元件阻抗成比例、頻率與交流信號源輸出頻率相同的信號然後提供給檢波電路；檢 波電路，用於完成交流信號到直流信號的轉換，提取交流信號的單邊包絡，輸出與敏感元件 阻抗成正比的直流信號(Rp用來調節輸出電壓)。 本發明實施例電路，如圖2所示，部分各部分的組成別說明如下
1.交流信號源本實施例的交流信號源產生的交流激勵信號的頻率為 10kHz-lMHz，幅值為l-5V的正弦波，採用已有的函數信號發生器，如Tektronix公司的 AFG3201函數發生器，也可以採用專用波形發生器晶片，如MAX038。 2.信號拾取電路本實施例的信號拾取電路由運放(如AD744, LM158等，帶寬大 於l腿z)、敏感元件Rs以及匹配電阻Rf和Ri組成，其中，匹配電阻Rf的第一端與交流信號 源的第一端相連，第二端與運放的第一輸入端相連；匹配電阻Ri的第一端與交流信號源的 第二端相連，第二端與運放的第二輸入端相連；敏感元件Rs跨接在匹配電阻Rf的第二端與 運放的輸出端之間。 3.檢波電路本實施例的檢波電路由檢波二極體Dl (如採用2AP9、CTL22S等)以 及電阻Rd、可變電阻RP、電容C1、C2組成的濾波網絡構成，其中，檢波二極體Dl的輸入與信 號拾取電路的運放的輸入端；檢波二極體Dl的輸出端與電阻Rd的輸入端相連；電容Cl跨 接在電阻Rd的輸入端與交流信號源的第二端之間；電容C2的跨接在電阻Rd的輸出端與交 流信號源的第二端之間，可變電阻Rp的輸入端與電阻Rd的輸出端相連，可變電阻Rp的輸 出端與交流信號源的第二端相連構成整個傳感器電路的一個輸出端，可變電阻RP的滑動 抽頭端為整個傳感器電路的另一個輸出端。
本發明可達到優異的性能指標 本發明的傳感器電路能將此類已有的傳感器零漂降低兩個數量級以上，基本消除 溫漂，大大提高傳感器的重複性。
權利要求
一種用於導電複合材料敏感元件的傳感器電路，其特徵在於，該傳感器電路包括依次相連的交流激勵源、信號拾取電路和檢波電路，其中，交流信號源，用於產生交流的激勵信號提供給信號拾取電路；信號拾取電路，用於完成電阻-電壓轉換，輸出幅值與敏感元件阻抗成比例、頻率與交流信號源輸出頻率相同的信號然後提供給檢波電路；檢波電路，用於完成交流信號到直流信號的轉換，提取交流信號的單邊包絡，輸出與敏感元件阻抗成正比的直流信號。
2. 如權利要求1所述的傳感器電路，其特徵在於，所述交流信號激勵源為10kHz-lMHz 的正弦波，交流激勵信號的幅值為l-5V。
全文摘要
本發明涉及一種用於導電複合材料敏感元件的傳感器電路，屬於傳感器技術領域，該傳感器電路包括依次相連的交流信號激勵源、信號拾取電路和檢波電路；其中，交流信號源，用於產生交流的激勵信號提供給信號拾取電路；信號拾取電路，用於完成電阻-電壓轉換，輸出幅值與敏感元件阻抗成比例、頻率與交流信號源輸出頻率相同的信號然後提供給檢波電路；檢波電路，用於完成交流信號到直流信號的轉換，提取交流信號的單邊包絡，輸出與敏感元件阻抗成正比的直流信號。採用本發明可實現零漂小、重複性好、溫度穩定性高，廣泛適用於基於導電複合材料的各種傳感器。
文檔編號G01N27/04GK101701857SQ20091023729
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者丁天懷, 王守利, 王鵬 申請人:清華大學