[发明专利]一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器及测量方法

权利要求书

1.一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：包括基体(1)和绝缘刚性圆柱壳体(4)，所述基体(1)为运动体本身，基体(1)与绝缘刚性圆柱壳体(4)固结，绝缘刚性圆柱壳体(4)的上盖能够移动和锁止，两个挠曲电材料圆台(2)相对的置于绝缘刚性圆柱壳体(4)内，通过绝缘刚性圆柱壳体(4)上盖给两个相对的挠曲电材料圆台(2)一定的预紧力，挠曲电材料圆台(2)的上下表面涂有电极(3)，电极(3)与电荷放大器(5)的输入端相连，电荷放大器(5)的输出端与信号处理、显示、存储模块(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：在测量不同加速度时，所述挠曲电材料圆台(2)的尺寸和采取材料不同。

3.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：所述挠曲电材料圆台(2)、绝缘刚性圆柱壳体(4)尺寸小，对基体(1)自身运动影响小。

4.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：所述挠曲电材料圆台(2)的材料采用介电常数大于1的分子结构具有中心对称性的材料。

5.根据权利要求4所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：所述介电常数大于1的分子结构具有中心对称性的材料为PVDF、聚四氟乙烯或钛酸锶钡。

6.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：所述基体(1)、绝缘刚性圆柱壳体(4)采用的材料刚度大。

7.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器，其特征在于：所述电极(3)厚度小于挠曲电材料圆台(2)高度至少一个数量级。

8.权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的高g值加速度传感器的测量方法，其特征在于：基体(1)以高g值加速度振动时，基体(1)通过与基体(1)固结的绝缘刚性圆柱壳体(4)传递给挠曲电材料圆台(2)，挠曲电材料圆台(2)受惯性力产生挠曲变形，挠曲电材料圆台(2)在其挠度方向产生应变梯度，由于挠曲电原理，无源的挠曲电材料圆台(2)在其表面产生极化电荷，经电极(3)传递至电荷放大器(5)并由其线性转换为相应的电压信号，电压信号经电荷放大器(5)的输出端传递至信号处理、显示、存储模块(6)，信号处理、显示、存储模块(6)进行数据处理并显示基体高g值的加速度。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于：所述信号处理、显示、存储模块(6)进行数据处理的方法如下：

中心对称晶体即挠曲电材料中不存在压电效应，材料电极化简单描述为：

其中P_i,ε_jk,μ_ijkl,x_l分别为极化程度、应变、挠曲电系数和梯度方向；对于已知的材料，其挠曲电系数已知；

而电极化可描述为电荷与电荷分布面积的比，即

其中Q_i，A分别是电荷量和对应电极的面积；

因此极化电荷的值与应变梯度为比例关系，即通过极化电荷便可知道对应的应变梯度；

由于基体(1)存在加速度，通过绝缘刚性圆柱壳体(4)传递给挠曲电材料圆台(2)，使挠曲电材料圆台(2)产生挠曲变形，即加速度与挠曲变形存在一定的关系：

其中a，k,ε_jk，μ_ijkl，x_l分别为基体运动加速度、与材料有关的比例系数、应变、挠曲电系数和梯度方向；

挠曲电材料圆台(2)在表面上产生极化电荷，通过电极(3)输出，经过计算可显示基体加速度的变化情况。