專利名稱：使用彎曲成螺旋線或雙螺旋線電敏裝置的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電敏裝置的傳感器，也就是，采用電敏結(jié)構(gòu)來檢測結(jié)構(gòu)端部相對位移的裝置。
背景技術(shù)：
電敏材料是在通電時(shí)發(fā)生變形或者反之在變形的情況下其電性能就發(fā)生變化的材料。人們最熟悉和最普遍使用的電敏材料是壓電材料，但其它類型的電敏材料包括電致伸縮材料和壓阻材料。很多利用電敏性能的裝置已為人所知。
簡單的壓電加速度傳感器包括壓電材料塊。但是，由于壓電效應(yīng)很小，只有10-10m/V的數(shù)量級，因此，傳感器的靈敏度很低，且輸出電信號的電平也很低。這是這類傳感器的一個(gè)主要的缺陷，因?yàn)檩^低的信號電平使其易受噪聲的影響。通常，需要特殊的電荷放大器和特殊的電纜線路來使噪聲最小，并保證檢測電路所檢測的生成信號具有足夠低的信噪比。這就使很多制造商利用現(xiàn)代微加工技術(shù)將加速度傳感器和電子儀器集成在一個(gè)硅裝置中，這種裝置具有廣泛的用途，例如用于汽車氣囊。由于壓電材料塊的位移很小，因此，需要一個(gè)機(jī)械致動(dòng)器，通常是主懸臂，但這使傳感器的整體靈敏度受到限制。
人們開發(fā)了更為復(fù)雜的電敏結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)較大的位移，并擴(kuò)展用作位移傳感器。但這種電敏結(jié)構(gòu)具有如下的缺陷。
已知的電敏結(jié)構(gòu)是一種彎曲的結(jié)構(gòu)，例如雙層彎曲結(jié)構(gòu)。對于這種彎曲結(jié)構(gòu)，電敏結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層，其中至少一個(gè)層是電敏材料層。當(dāng)通過沿垂直于層的方向?qū)澢鷮舆M(jìn)行彎曲而產(chǎn)生機(jī)械激勵(lì)時(shí)，層就發(fā)生變形，且各層之間沿長度的變化是不同的，例如，由于各層相互連接而彼此受到約束，因此一個(gè)層膨脹，而另一個(gè)層則收縮。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)端部的相對位移而輸出電壓。但是，彎曲層的相對位移在空間并不是沿直線軌跡。由于結(jié)構(gòu)彎曲且彎曲度增大，因此端部在空間是沿曲線進(jìn)行相對移動(dòng)。另外，由于相對位移較大，因此必須增大結(jié)構(gòu)的長度，由此而帶來了不便。例如，為了通過雙層彎曲結(jié)構(gòu)來獲得0.1mm數(shù)量級的位移量，通常需要結(jié)構(gòu)的長度大約為5cm。
為了在傳感器中使用，電敏裝置最好可承受在空間沿直線的較大位移和相對較小的彎曲量，以便于提高靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種傳感器，該傳感器包括一個(gè)與檢測電路電連接的電敏裝置，該電敏裝置包括一個(gè)沿彎曲短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，并布置成當(dāng)結(jié)構(gòu)端部相對移動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)就隨之圍繞短軸扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電信號，檢測電路布置成可檢測所產(chǎn)生的電信號。
由于裝置沿彎曲短軸延伸，因此，當(dāng)裝置端部之間發(fā)生相對位移時(shí)，結(jié)構(gòu)就隨之圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)。電敏裝置所遵循的物理原理是，彎曲目標(biāo)物扭轉(zhuǎn)使得垂直于局部曲線產(chǎn)生位移，反之，彎曲目標(biāo)物端部的位移使得沿其長度發(fā)生扭轉(zhuǎn)。位移等于結(jié)構(gòu)短軸方位相對于其原始方位的變化量。
裝置使用在受到激勵(lì)時(shí)就發(fā)生扭轉(zhuǎn)的電敏結(jié)構(gòu)。對于結(jié)構(gòu)沿彎曲短軸的任意給定小的部分，由于短軸是彎曲的，相鄰部分以一定的角度延伸到給定部分，因此就很容易觀察到該給定部分的扭轉(zhuǎn)是如何使相鄰部分轉(zhuǎn)動(dòng)并因此而使它們沿垂直于給定部分局部曲線的相反方向進(jìn)行相對移動(dòng)。因此，給定部分扭轉(zhuǎn)就伴隨著相鄰部分垂直于曲線平面發(fā)生相對移動(dòng)。扭轉(zhuǎn)度與給定部分的彎曲度和相對位移量成正比。對于圍繞長軸沿規(guī)則曲線例如圓弧或螺旋線延伸的短軸，端部沿平行于結(jié)構(gòu)長軸的方向的相對移動(dòng)就在每個(gè)部分中沿相同方向產(chǎn)生位移。因此，本發(fā)明的電敏裝置可檢測空間直線位移。
可被檢測的位移范圍與結(jié)構(gòu)沿短軸的長度成正比，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)沿短軸的每個(gè)部分都對整體位移有作用。因此，可將傳感器布置成通過對裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，特別是通過對結(jié)構(gòu)沿短軸的長度和用于控制扭轉(zhuǎn)區(qū)域響應(yīng)量的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行選擇來檢測任何所需的位移度。由于結(jié)構(gòu)沿彎曲短軸延伸，因此，就可制造出相對精巧的裝置。
而且，由于所作用的力和位移分布在裝置的所有部分上，因此裝置具有較小的彎曲度。這就使裝置具有較高的靈敏度。將電敏裝置用作傳感器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是其靈敏度。由于裝置具有機(jī)械柔性，因此它可產(chǎn)生較大的響應(yīng)信號，并具有良好的信噪比。另外，可通過改變裝置的幾何參數(shù)來精確地設(shè)定其柔性值，從而使其符合給定的應(yīng)用要求。
通常，短軸沿曲線延伸，該曲線可以是任意的形狀。
一種可能是短軸延伸所沿的曲線是平面曲線，例如是圓弧或平面螺線。在此情況下，受到激勵(lì)時(shí)將產(chǎn)生垂直于曲線平面的位移。裝置沿發(fā)生相對位移的方向的厚度僅僅是電敏結(jié)構(gòu)的厚度，因此，就可制造出相對較薄的裝置。
另一種可能是短軸延伸所沿的曲線是螺旋線。在此情況下，結(jié)構(gòu)的每個(gè)螺旋圈都對沿形成螺旋線所圍繞的幾何長軸方向的位移產(chǎn)生影響。因此，就可獲得與螺旋圈數(shù)成正比的較大位移量，從而使較為精巧的裝置可產(chǎn)生較大的位移。
電敏結(jié)構(gòu)最好具有可通過圍繞短軸進(jìn)行彎曲同時(shí)伴隨著結(jié)構(gòu)圍繞短軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)來進(jìn)行機(jī)械激勵(lì)的部分。因此，電敏部分可具有在受到激勵(lì)時(shí)進(jìn)行彎曲的任何結(jié)構(gòu)。優(yōu)選使用在受到激勵(lì)時(shí)進(jìn)行彎曲的電敏結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@使得可對結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇使結(jié)構(gòu)中所有的電敏材料都受到激勵(lì)，從而提高裝置的效率。而且，使用受到激勵(lì)時(shí)可進(jìn)行彎曲的電敏結(jié)構(gòu)可簡化設(shè)計(jì)。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是包括多個(gè)層的已知彎曲結(jié)構(gòu)，且最好是具有兩個(gè)層的雙層彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層。這種結(jié)構(gòu)是公知的并可應(yīng)用于直線彎曲層且特別容易進(jìn)行制造。當(dāng)彎曲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于本發(fā)明的部分上時(shí)，可獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。但是，也可采用其它任何在受到激勵(lì)時(shí)進(jìn)行彎曲的結(jié)構(gòu)。
最好，電敏結(jié)構(gòu)包括圍繞短軸彎曲的連續(xù)電敏元件，所述電敏部分為連續(xù)元件的相鄰有限部分。
該結(jié)構(gòu)特別易于制造，例如通過將可變形的連續(xù)電敏元件卷繞成型。
最好，其中，連續(xù)電敏元件圍繞短軸彎曲成螺旋線。
通過采用圍繞短軸彎曲成螺旋線的連續(xù)電敏元件，可獲得很多的優(yōu)點(diǎn)。首先，便于提供一個(gè)沿短軸長度方向規(guī)則的結(jié)構(gòu)，并因此而沿短軸的整個(gè)長度具有相同的扭轉(zhuǎn)度。其次，螺旋結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行制造，例如通過將可變形的連續(xù)元件卷繞成型或通過將一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)切割成管狀電敏元件。再者，由于元件圍繞短軸的螺旋圈可緊密地壓緊在一起，因此裝置非常緊湊。
但是，電敏結(jié)構(gòu)還可包括具有不同形狀的連續(xù)電敏元件，這些形狀可使其圍繞短軸進(jìn)行彎曲同時(shí)伴隨著圍繞短軸進(jìn)行的扭轉(zhuǎn)。例如，它可包括具有圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的平元件形狀的連續(xù)元件。另外，電敏結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)相互連接在一起的電敏部分，而不是包括連續(xù)的電敏元件。


為了更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖通過非限制性的例子對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中圖1是第一電敏裝置的平面圖；圖2是第二電敏裝置的側(cè)視圖；圖3是圖1所示第一裝置或圖2所示第二裝置中的一部分的透視圖；圖4是位移傳感器的側(cè)視圖；圖5是液位傳感器的側(cè)視圖；圖6是第一壓力傳感器的橫截面圖；圖7是第二壓力傳感器的橫截面圖；圖8是麥克風(fēng)的橫截面圖；圖9是加速度傳感器的側(cè)視圖；圖10是檢測電路的電路圖，該檢測電路是一個(gè)積分電流檢測電路；圖11是旋轉(zhuǎn)編碼器形式的傳感器的側(cè)視圖；圖12是具有允許第一或第二裝置象陀螺儀一樣進(jìn)行工作的另外的結(jié)構(gòu)的圖1所示第一裝置或圖2所示第二裝置中的一部分的透視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的各種傳感器采用電敏裝置。為清楚起見，首先對電敏裝置進(jìn)行描述，然后再描述各種傳感器。
在以下的說明書中，以假想的短軸和長軸為基準(zhǔn)對電敏裝置進(jìn)行描述，但短軸和長軸仍然對觀測和確定裝置是有用的。
圖1示出了本發(fā)明的第一電敏裝置1。裝置1包括由連續(xù)的電敏元件2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，電敏元件2圍繞短軸3彎曲成螺旋形，整個(gè)結(jié)構(gòu)沿短軸3延伸。短軸3是彎曲的，并沿著圍繞垂直于短軸3平面也就是圖1中紙面向外方向的幾何長軸4的圓弧曲線延伸。當(dāng)短軸3的曲線是平面曲線時(shí)，平行于長軸4的裝置厚度僅僅是電敏元件2的螺旋結(jié)構(gòu)的厚度。
圖2示出了本發(fā)明的第二電敏裝置11。裝置2包括由連續(xù)的電敏元件12構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，電敏元件12圍繞短軸13彎曲成螺旋形，整個(gè)結(jié)構(gòu)沿短軸13延伸。短軸13是彎曲的，并沿著圍繞幾何長軸14的螺旋曲線延伸。圖2所示的電敏裝置11的短軸沿僅圖示了三圈的螺旋線延伸，但也可以是其它任意數(shù)目的圈數(shù)。
圖3示出了圖1所示第一裝置的連續(xù)元件2或圖2所示第二裝置11的連續(xù)元件12中的一部分20。第一裝置1和第二裝置2的這一部分20的結(jié)構(gòu)是相同的，電敏部分20是連續(xù)元件2或12的一個(gè)有限的部分，因此電敏元件2或12可被認(rèn)為是沿短軸3或13連續(xù)布置的圖3所示的多個(gè)相鄰的部分20。因此，部分20如圖3所示沿圍繞短軸3或13的一部分螺旋曲線延伸。
圖3示出了電敏部分20的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)最好沿短軸3或13的整個(gè)長度是均勻的，以便可獲得均勻的敏感性能。另外，裝置1或11可在沿短軸3或13的長度以及在連續(xù)元件2或20的結(jié)構(gòu)或者連續(xù)元件2或20圍繞短軸3或13的彎曲形狀方面形成一些變化。
電敏部分20具有雙層彎曲結(jié)構(gòu)，其包括兩個(gè)沿部分20的長度延伸的電敏材料層21和22。電敏材料層21和22都面向短軸3或13。電敏層21或22最好延伸橫穿部分20的平行于短軸3或13的寬度，但出于圍繞短軸3或13的曲線的性能的原因，連續(xù)元件2或12的電敏部分20存在一些扭曲變形。另外，層21或22可以傾斜于短軸3或13的方式延伸橫穿部分20的寬度，從而一條沿電敏部分20的邊緣比另一相對的邊緣更靠近短軸3或13。
電敏層21或22的材料最好是壓電材料。壓電材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，例如鈦酸鋯酸鉛(PZT)這樣的壓電陶瓷或聚偏氟乙烯(PVDF)這樣的壓電聚合物。但是，電敏材料層21或22可以是其它任何種類的電敏材料，例如當(dāng)材料發(fā)生變形或應(yīng)變時(shí)電阻就發(fā)生變化的壓敏電阻材料或在作用有電場時(shí)就產(chǎn)生收縮的電致伸縮材料。
電敏部分20還包括平行于壓電材料層21和22延伸的電極23-25。外電極23和24設(shè)置在位于電敏部分20的相對兩側(cè)的電敏層21和22的外側(cè)。中間電極25設(shè)置在電敏層21和22之間。電極23-25用于施加極電壓和在彎曲狀態(tài)下操縱電敏部分20。
在通過對部分20進(jìn)行彎曲來進(jìn)行機(jī)械激勵(lì)時(shí)，在電極23-25上就產(chǎn)生電壓，相反在進(jìn)行電激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)電壓就作用于電極23-25。在彎曲時(shí)，由于電敏層21和22在由中間電極25形成的界面處相互連接約束在一起，因此，在部分20進(jìn)行彎曲時(shí)，它們的長度會(huì)發(fā)生不同的變化。其中一個(gè)電敏層21或22膨脹，而另一個(gè)電敏層收縮。
可以按照與已知的具有彎曲結(jié)構(gòu)的線性電敏裝置相同的方式來選擇激勵(lì)和極電壓的相對方向和量。例如，可通過使中間電極25接地并將相同極性的極電壓作用于兩個(gè)外電極23和24，從而將以足夠量來極化電敏層21和22的極電壓以相反的方向穿過電敏層21和22進(jìn)行作用。在此情況下，在電敏部分20受到機(jī)械激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)電壓沿相同的方向作用穿過電敏層21和22，并相對于中間電極25在兩個(gè)外電極23和24上產(chǎn)生相反極性的電壓。
在激勵(lì)時(shí)，根據(jù)激勵(lì)電壓的極性，電敏部分20圍繞短軸3或13朝著或離開短軸3或13進(jìn)行彎曲。在機(jī)械激勵(lì)時(shí)，作用于電極23-25的激勵(lì)電壓輸送給電路26。在電激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)電壓從電路26經(jīng)外接線端27進(jìn)行作用，外接線端27以具有彎曲結(jié)構(gòu)的已知直線壓電裝置的公知方式與電極23-25電連接。
一般地，在沿由部分20構(gòu)成部件的裝置長度方向的任何點(diǎn)處，但最好是在端部位置處，可以與具有彎曲結(jié)構(gòu)的已知直線裝置相同的方式來與電極23-25進(jìn)行電連接。優(yōu)選的技術(shù)是，象具有彎曲結(jié)構(gòu)的直線裝置那樣，在裝置端部的不同橫向位置處，電極具有橫跨裝置的寬度而延伸的臂(未示出)。
可以理解，另外的彎曲結(jié)構(gòu)可等效地應(yīng)用于部分20，例如，一個(gè)包括一個(gè)電敏材料層和一個(gè)不活潑層的單層彎曲結(jié)構(gòu)或一個(gè)包括多個(gè)電敏材料層的多層彎曲結(jié)構(gòu)。
雖然為簡單起見和便于進(jìn)行制造優(yōu)選圖3所示的彎曲結(jié)構(gòu)，但可以理解，連續(xù)元件2或12事實(shí)上可具有在受到激勵(lì)時(shí)圍繞短軸3或13進(jìn)行彎曲的任何結(jié)構(gòu)。例如，連續(xù)元件可以是與本申請同時(shí)申請的題為“Electro-Active Elements and Devices”的申請中所描述的那種電敏元件，其中，元件具有兩對沿元件長度方向延伸的電極，在受到激勵(lì)時(shí)，元件橫跨其寬度進(jìn)行彎曲。
在受到激勵(lì)時(shí)，連續(xù)元件2或12的電敏部分20圍繞短軸3或13彎曲。由于連續(xù)電敏元件2或12圍繞短軸3或13進(jìn)行彎曲，特別是彎曲成螺旋形，因此，這種彎曲同時(shí)還伴隨有連續(xù)元件2或12圍繞短軸3或13的扭轉(zhuǎn)。當(dāng)彎曲收緊或松開使元件2或12的結(jié)構(gòu)沿短軸3或13扭轉(zhuǎn)時(shí)，這可看作是連續(xù)元件2或12的彎曲。連續(xù)元件2或12沿短軸3或13的整個(gè)長度發(fā)生扭轉(zhuǎn)使圖1所示第一裝置1中的結(jié)構(gòu)5和6以及圖2所示第二裝置11中的結(jié)構(gòu)15和16的端部發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。
可以理解，例如可通過具有好像是圍繞短軸扭轉(zhuǎn)一個(gè)平的元件而形成的形狀，使連續(xù)元件2或12圍繞短軸3或13彎曲成曲線而不是螺旋線就會(huì)形成這種扭轉(zhuǎn)。而且，可以理解，除了連續(xù)元件以外，還可采用其它的結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生圍繞短軸的扭轉(zhuǎn)。例如，電敏結(jié)構(gòu)可由多個(gè)電敏部分構(gòu)成，這些電敏部分沿短軸連續(xù)布置并相互連接在一起，因此，每個(gè)單獨(dú)部分彎曲就使相鄰的部分圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，從而使結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。另外，電敏結(jié)構(gòu)可以是與本申請同時(shí)申請的題為“Piezoelectric Devices”的申請中所描述的那種裝置，其包括多個(gè)電敏扭轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，扭轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置可包括在剪切狀態(tài)下受到激勵(lì)的電敏元件。
對于圖1所示的第一裝置1，連續(xù)元件2圍繞短軸3進(jìn)行扭轉(zhuǎn)同時(shí)伴隨有裝置5和6的端部垂直于彎曲短軸3也就是平行于長軸4發(fā)生相對位移。端部5和6的相對位移是由連續(xù)元件2圍繞短軸3進(jìn)行扭轉(zhuǎn)以及短軸3是彎曲的而共同形成的。不可避免的是，彎曲目標(biāo)的扭轉(zhuǎn)使目標(biāo)端部垂直于目標(biāo)本身曲線產(chǎn)生相對位移。
類似地，在圖2所示第二裝置11受到激勵(lì)時(shí)，連續(xù)元件12圍繞短軸13進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的同時(shí)伴隨有裝置的端部15和16平行于長軸14產(chǎn)生位移。這種相對位移也是由連續(xù)元件12圍繞短軸13進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以及短軸13是彎曲的而共同形成的。在此情況下，結(jié)構(gòu)的任何給定的小部分沿短軸13所產(chǎn)生的相對位移使該部分的端部垂直于短軸13的本身曲線產(chǎn)生相對位移。裝置11的端部15和16的總位移是所有部分的位移之和，其結(jié)果是平行于長軸14的總相對位移。
因此，對于第一和第二裝置1和11，裝置的結(jié)構(gòu)端部5和6的端部相對位移隨著結(jié)構(gòu)沿其長度的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，而這又伴隨有每個(gè)部分20的機(jī)械激勵(lì)，使得在電極23-25上產(chǎn)生電信號。
可自由地改變元件2或12的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和尺寸以及電敏結(jié)構(gòu)的形式來形成所需的響應(yīng)。適當(dāng)?shù)脑?或12為0.5mm厚的帶，其圍繞短軸3或13纏繞成4mm直徑的局部螺旋線。當(dāng)這形成局部曲線圍繞30mm直徑的大約四分之三圓進(jìn)行延伸的第一裝置1時(shí)，所觀察到的位移大約是±6mm。類似地，如果該結(jié)構(gòu)用于構(gòu)成局部曲線沿直徑為30mm且圈數(shù)為20的螺旋線進(jìn)行延伸的第二裝置11時(shí)，將產(chǎn)生大約±120mm的位移。
總之，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)延伸所沿的短軸可遵循任何的曲線，且結(jié)構(gòu)端部的總位移是結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部分沿曲線所產(chǎn)生位移之和。但是，規(guī)則的曲線例如第一和第二裝置1和11的短軸曲線是優(yōu)選的，以便裝置的所有部分沿共同的方向產(chǎn)生相對位移，并因此而使其結(jié)構(gòu)和制造得到簡化。
第一和第二裝置1和11可受到電激勵(lì)而在端部5和6或15和16之間產(chǎn)生機(jī)械位移，或者受到機(jī)械激勵(lì)，在此情況下，端部5和6或15和16的相對位移產(chǎn)生橫跨電極23-25的電壓。在電激勵(lì)的情況下，電敏裝置1或11的端部5和6或15和16連接到其它元件上進(jìn)行相對移動(dòng)，類似地，在機(jī)械激勵(lì)的情況下，端部5和6或15和16連接到使裝置1或11產(chǎn)生變形的元件上。
下面將描述電敏裝置1和11的制造過程。
優(yōu)選的制造方法是，首先形成沿直線短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，然后彎曲直線電敏結(jié)構(gòu)，從而使其延伸所沿的短軸變成彎曲的。
有兩種優(yōu)選的技術(shù)使連續(xù)元件2或12沿直線短軸形成電敏結(jié)構(gòu)。
第一種優(yōu)選的技術(shù)是，首先使連續(xù)元件2或12形成一個(gè)直線元件，然后使其變形而圍繞直線短軸進(jìn)行彎曲。我們已經(jīng)了解了連續(xù)元件2或12本身的彎曲結(jié)構(gòu)，且連續(xù)元件2或12可通過采用任何已知的用于制造具有彎曲結(jié)構(gòu)的裝置的技術(shù)來進(jìn)行制造。例如，連續(xù)元件12可通過對增塑材料層21和22進(jìn)行復(fù)合擠壓或通過對層21和22進(jìn)行復(fù)合壓延來進(jìn)行制造。另外，連續(xù)元件2或12可通過層疊薄層21和22來進(jìn)行制造。這些薄層可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行制造，例如將陶瓷粉末、聚合物和溶劑混合物進(jìn)行高剪切混合，然后再進(jìn)行復(fù)合擠壓和壓延。另外，也可采用諸如帶澆鑄技術(shù)或者在陶瓷領(lǐng)域中熟知的被稱為Solutech過程的工藝過程。
電極可通過復(fù)合擠壓或復(fù)合壓延形成連續(xù)元件2或12的一個(gè)整體部分。其它電極可以是激勵(lì)層23-25或者可以是允許接入到電極23-25的接線端電極，其可通過印制、在烤上銀之后(through fired-onsilver past)進(jìn)行無電鍍覆或任何其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行涂覆。
第二種優(yōu)選的技術(shù)是，首先將連續(xù)元件制成具有電敏層21和22以及電極23-25的多層彎曲結(jié)構(gòu)的圓筒形或其它的管形，然后沿螺旋線對元件進(jìn)行切割，使連續(xù)元件2或12圍繞構(gòu)成短軸的圓筒或管的軸線螺旋延伸。
然后彎曲直線結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)延伸所沿的短軸彎曲。
為了使元件和結(jié)構(gòu)變形，在初始形成的元件中必須具有足夠的柔性?？蛇m當(dāng)變形的電敏材料是公知的，其通常包括可增強(qiáng)變形能力的組成聚合物。對于成型后的這種材料，通常在高達(dá)600℃的溫度下燒盡組成聚合物，然后通過另外的燒結(jié)過程在較高的溫度通常是1000-1200℃的溫度下將材料壓實(shí)致密。在此情況下，開始形成的電敏結(jié)構(gòu)具有較大的尺寸，以便于允許其在燒結(jié)過程中線性收縮大約12-25％。
直線元件的彎曲和結(jié)構(gòu)的彎曲可圍繞模板進(jìn)行。然后采用物理的方式或通過熔融、燒毀或溶解來破壞模板的方式將模板除去。
下面將對采用上述類型電敏裝置的多種傳感器進(jìn)行描述。布置電敏裝置的電敏結(jié)構(gòu)，以便通過結(jié)構(gòu)端部的相對位移而受到機(jī)械激勵(lì)，從而產(chǎn)生電信號。傳感器還包括與電敏裝置相連的檢測電路，以便可檢測所產(chǎn)生的電信號，并因此而檢測相對位移。電敏裝置布置成可通過一個(gè)可被檢測的系統(tǒng)而相對移動(dòng)，并因此而將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成電信號，以允許對運(yùn)動(dòng)或另一個(gè)特性進(jìn)行檢測。
在顯示傳感器的圖中，電敏裝置象圖2所示的第二裝置11中那樣作為一個(gè)具有沿彎曲成螺旋線的短軸延伸的結(jié)構(gòu)而在圖中示出，但這僅僅是出于顯示的目的，電敏裝置可具有上述任何類型的結(jié)構(gòu)。
采用上述電敏裝置的最簡單的傳感器是用于測量活動(dòng)目標(biāo)位移的位移傳感器。在此情況下，將活動(dòng)目標(biāo)布置成使電敏裝置結(jié)構(gòu)的一個(gè)端部相對于保持固定的另一個(gè)端部可移動(dòng)。對于這種位移傳感器，將電敏裝置設(shè)計(jì)成具有足夠小的機(jī)械剛度，從而使其不會(huì)對所測量的系統(tǒng)位移有明顯的影響。在此情況下，采用上述類型電敏裝置的優(yōu)點(diǎn)是電敏裝置具有較大的位移能力并具有相對較低的柔順性。
圖4示出了這樣一種位移傳感器40，其包括一個(gè)與檢測電路42電連接的電敏裝置41。電敏裝置41的一端43與被檢測位移的目標(biāo)44相連。電敏裝置41的另一端45與支承46相連，目標(biāo)44可相對于支承46移動(dòng)。當(dāng)目標(biāo)44沿方向A移動(dòng)時(shí)，電敏裝置41的端部43和45就產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，因而對電敏裝置41進(jìn)行機(jī)械激勵(lì)，并因此而產(chǎn)生電信號。檢測電路42檢測所產(chǎn)生的電信號。電信號是電壓，因此，檢測電路42是電壓檢測器，且布置成具有較高的輸入阻抗。
圖5示出了液位傳感器50，其是另一種形式的位移傳感器。除了以下所描述的以外，液位傳感器50與位移傳感器40是相同的，因此下面就不再重復(fù)進(jìn)行描述了。電敏裝置41的自由端43與包括浮子52和配重53的一個(gè)元件51相連。在使用時(shí)，浮子52浮在位置待檢測的流體54中。當(dāng)流體54的位置發(fā)生變化時(shí)，浮子52就發(fā)生移動(dòng)，傳感器50可除了其位移。設(shè)置配重53可使浮子穩(wěn)定地向下浮在流體54的準(zhǔn)確位置上。
可以理解，液位傳感器50可有各種的變型。例如，浮子54可布置在一個(gè)導(dǎo)向件上以便于引導(dǎo)浮子54運(yùn)動(dòng)。而且，可設(shè)置機(jī)械限位裝置來限制浮子54的運(yùn)動(dòng)，以免超過電敏裝置41的結(jié)構(gòu)端部的最大相對位移量。
電敏裝置還可用作力傳感器。在此情況下，將電敏裝置再連接在兩個(gè)可相對運(yùn)動(dòng)的元件之間，其中一個(gè)用于承受作用力，另一個(gè)用作保持固定的支承。將力傳感器布置成可機(jī)械地承受作用力，從而使電敏裝置的端部相對移動(dòng)一個(gè)與作用力值相當(dāng)?shù)牧?。根?jù)待測量的力值，這可通過選擇電敏裝置使其具有一個(gè)適當(dāng)?shù)膭偠葋韺?shí)現(xiàn)。另外，平行于電敏裝置可設(shè)置一個(gè)另外的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如象彈簧這樣的彈性偏壓裝置。采用本發(fā)明電敏裝置的力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電敏裝置較低的柔順性顯著地提高了力傳感器的靈敏度。而且，由于電敏裝置的線性特性，從而就形成了一種高分辨率、大范圍的線性傳感器。力傳感器可用于測量重量和質(zhì)量。
圖6示出了一種力傳感器形式的壓力傳感器60。壓力傳感器60包括確定壓力腔62的支座61。活塞63設(shè)置在壓力腔62的一端64。活塞63通過軸承65安裝在支座61上，并可沿壓力腔62往復(fù)移動(dòng)。壓力傳感器60還包括電敏裝置66，其第一端部67與活塞63相連，第二端部68與支座61相連。電敏裝置66與檢測電路69電連接，檢測電路69用于檢測電敏裝置66所產(chǎn)生的電信號，并因此而對作用于電敏裝置66的位移和力進(jìn)行測量。在使用時(shí)，壓力待測的流體進(jìn)入壓力腔62。從而根據(jù)流體的壓力而將力作用于活塞63，使電敏裝置66的端部67和68產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生可由檢測電路69進(jìn)行檢測的電信號。
圖7示出了另一種力傳感器形式的壓力傳感器70。壓力傳感器70包括確定壓力腔72的支座71?；钊?3為一種柔性膜片，其周邊與支座71相連，并形成壓力腔72的一端。壓力傳感器70還包括電敏裝置76，其第一端部77與活塞73相連，第二端部78與支座71相連。電敏裝置76與檢測電路79電連接，檢測電路79用于檢測電敏裝置76所產(chǎn)生的電信號，并因此而對作用于電敏裝置76的位移和力進(jìn)行測量。在使用時(shí)，壓力待測的流體進(jìn)入壓力腔72。從而根據(jù)流體的壓力而將力作用于活塞73，使電敏裝置76的端部77和78產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生可由檢測電路79進(jìn)行檢測的電信號。
通過將多個(gè)壓力傳感器例如圖6和7所示的壓力傳感器60或70布置在Pitot管中就可形成速度傳感器。兩個(gè)測量壓力的差就給出了流體的速度。這種采用具有其它類型壓力傳感器的Pitot管的結(jié)構(gòu)本身是很普通的。
電敏裝置還可用于檢測聲音，從而傳感器就構(gòu)成一個(gè)麥克風(fēng)。在此情況下，電敏裝置的一端與聲音檢測元件相連，聲音檢測元件在聲波射入到其上時(shí)就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，聲音檢測元件的結(jié)構(gòu)與普通麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)相同，并取決于待檢測聲波的頻率和強(qiáng)度。
這種麥克風(fēng)與已知的采用電磁線圈的麥克風(fēng)具有相同的結(jié)構(gòu)，只是用電敏裝置來代替電磁線圈。與采用電磁線圈相比，本發(fā)明的麥克風(fēng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)。采用電敏裝置所產(chǎn)生的電信號的電平較高，因此，使得麥克風(fēng)具有較大的動(dòng)態(tài)范圍、較大的頻率范圍和較高的靈敏度。特別是，電敏裝置的頻率響應(yīng)可使麥克風(fēng)具有可覆蓋整個(gè)聲頻范圍和有些次聲頻率的頻率響應(yīng)?？色@得低頻響應(yīng)就意味著麥克風(fēng)可用作非接觸位移表。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)整麥克風(fēng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)使其具有與空氣阻抗相適應(yīng)的良好的阻抗特性，而這對于電磁麥克風(fēng)則是很難的。這一特性以及電敏裝置的較大應(yīng)變可使麥克風(fēng)產(chǎn)生比普通麥克風(fēng)所產(chǎn)生電信號更大的電信號。這種較大的信號幅度提高了信噪比。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與相應(yīng)的電磁線圈結(jié)構(gòu)相比，電敏裝置的重量顯著減小。
作為一個(gè)例子，圖8示出了這樣一種麥克風(fēng)80，其中，電敏裝置81的一端82與構(gòu)成聲音檢測元件的錐形體83相連。電敏裝置81的另一端84與支座84相連。錐形體83也通過設(shè)置在錐形體83周邊周圍的柔性密封件85由支座84進(jìn)行支承。除了電敏裝置81以外，麥克風(fēng)80的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在使用時(shí)，射入到錐形體83上的聲波使錐形體83發(fā)生振動(dòng)，從而使電敏裝置81的端部82和84發(fā)生振動(dòng)。電敏裝置81與檢測電路86相連，檢測電路86可檢測電敏裝置81所發(fā)出的與聲音相對應(yīng)的電信號。檢測電路86具有用于檢測與音信號相對應(yīng)的電信號的普通電路。
電敏裝置還可用于通過將電敏裝置的一個(gè)端部與一個(gè)質(zhì)量相連而構(gòu)成加速度傳感器。當(dāng)電敏裝置的另一個(gè)端部移動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的慣性就會(huì)限制其運(yùn)動(dòng)，從而所產(chǎn)生的輸出信號就代表了電敏裝置另一個(gè)端部的加速度。因此，電敏裝置可用于檢測電敏裝置另一個(gè)端部或與其相連的元件的加速度。
與已知的由簡單壓電晶體構(gòu)成的加速度傳感器相比，本發(fā)明的加速度傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)。最重要的是，本發(fā)明的加速度傳感器檢測靈敏度更高。而且，電敏裝置產(chǎn)生很大的信號幅度，從而減小了信噪比，并因此而減小了為保持一個(gè)低噪聲電信號而所必須進(jìn)行的信號調(diào)整。另外，使用電敏裝置使加速度傳感器可在接近于直流信號的低頻下進(jìn)行工作。
所產(chǎn)生的電信號可提供加速度的測量值。正如已知的加速度傳感器一樣，可將檢測電路布置成可對該信號進(jìn)行積分，以便獲得速度和位移的測量值，從而該傳感器就可構(gòu)成一個(gè)速度或位移傳感器。因此，加速度傳感器可用于形成用于多種用途的位置傳感器。通過布置多個(gè)這種傳感器來檢測正交方向的加速度，就可形成一個(gè)2維或3維位置傳感器，從而就可能用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入裝置的一個(gè)2維或3維“鼠標(biāo)”。與需要無外露元件例如滾球和非磨損表面的普通“鼠標(biāo)”相比，其具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。類似地，3維“鼠標(biāo)”可用作實(shí)際真實(shí)系統(tǒng)的輸入裝置。
圖9示出了這樣一種加速度傳感器90，其包括電敏裝置91，電敏裝置91的一端92與一個(gè)質(zhì)量93相連，其另一端94與支座95相連。質(zhì)量93和支座95可相對運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)支座95運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量93的慣性就限制其運(yùn)動(dòng)。因此，所產(chǎn)生的電信號就代表了支座95的加速度。電敏裝置91與用于檢測所產(chǎn)生的電信號的檢測電路96電連接。
本發(fā)明所有傳感器中的檢測電路可以是一個(gè)高阻抗電壓檢測器。另外，檢測電路可以是一個(gè)積分電流檢測電路。如下所述，這就將傳感器的性能從交流擴(kuò)展到直流。上述類型的電敏裝置由于其電性能是一個(gè)與適中的電容(通常為幾百那法)并聯(lián)的較大電阻，因此，本質(zhì)上是交流偶合的。電阻來源于電敏材料的電阻，電容來源于跨接在電敏材料之間的電極。采用可在較長時(shí)間范圍測量電敏裝置電荷運(yùn)動(dòng)的積分電流檢測電路，就可將傳感器的性能擴(kuò)展到直流。
作為一個(gè)例子，圖10示出了積分電流檢測電路100。圖10示出了作為一個(gè)與電容103并聯(lián)的電阻102的電敏裝置101的有效電路。電敏裝置101跨接在檢測電路100的接線端104之間并與其電連接。檢測電路100包括低電阻檢測元件105，檢測元件105可以是一個(gè)低阻抗電阻或一個(gè)特殊的傳感器例如一個(gè)通過運(yùn)動(dòng)電荷感應(yīng)磁場來測量電流的SQUID(超導(dǎo)量子干涉裝置(Superconducting Quantum InterferenceDevice))。當(dāng)移動(dòng)電敏裝置101時(shí)，因此而產(chǎn)生的電荷就穿過低電阻檢測元件105。檢測電路100還包括一個(gè)布置成可對穿過低電阻檢測元件105的電荷進(jìn)行累積或計(jì)數(shù)的電路106。電路106包括電子測量儀，其可以是模擬或數(shù)字的，只要具有足夠的靈敏度來測量小電流即可。
電敏裝置還可用于檢測轉(zhuǎn)動(dòng)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而傳感器就構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器。作為一個(gè)例子，圖11示出了這樣一種旋轉(zhuǎn)編碼器110，其包括一個(gè)繞軸112旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)元件111，因此軸112確定了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線。旋轉(zhuǎn)元件111的外周面113上設(shè)有多個(gè)齒114。因此，齒114使外周面具有變化的半徑。除了齒114以外，還可采用其它任何的結(jié)構(gòu)來使半徑發(fā)生變化。
旋轉(zhuǎn)編碼器110還包括上述與檢測電路120電連接的電敏裝置115。電敏裝置115的一端116連接到與旋轉(zhuǎn)元件111的外周面相接合的元件117上。電敏裝置115的另一端118連接到相對于旋轉(zhuǎn)元件111圍繞軸112的旋轉(zhuǎn)軸線固定的支座119上。由于元件117與旋轉(zhuǎn)元件111的外周面相接合，因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件111旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過元件117的齒114就使元件117產(chǎn)生移動(dòng)。然后又使電敏裝置115的端部116和118產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生可被檢測電路120進(jìn)行檢測的電信號。因此，檢測電路120就可以與普通旋轉(zhuǎn)編碼器類似的方式來檢測旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)。
齒114圍繞旋轉(zhuǎn)軸線在相反的方向上具有不同的齒形，特別是在每個(gè)齒114的兩側(cè)具有不同的斜度。因此，根據(jù)旋轉(zhuǎn)元件111的旋轉(zhuǎn)方向的不同，電敏裝置115所產(chǎn)生的電信號的形式是不同的。這就使檢測電路120可根據(jù)輸出信號的形式從而檢測出旋轉(zhuǎn)方向。
可以理解，還可以與普通的已知旋轉(zhuǎn)編碼器相同的方式來對旋轉(zhuǎn)元件111的結(jié)構(gòu)形狀做出其它的變化，例如，通過改變結(jié)構(gòu)的間隔或?qū)挾葋泶_定旋轉(zhuǎn)元件111的絕對旋轉(zhuǎn)位置。
上述類型的電敏裝置例如圖1-3所示的電敏裝置還可用作陀螺儀，通過改變電敏裝置的結(jié)構(gòu)從而使其可(a)通過作用一個(gè)激勵(lì)電信號來驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生機(jī)械移動(dòng)而對電敏裝置進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)，并因此而獨(dú)立地，(b)通過機(jī)械激勵(lì)來產(chǎn)生電信號。在使用時(shí)，傳感器通過一個(gè)交流電信號進(jìn)行電激勵(lì)，并檢測電敏裝置又此而引起的位移。如果電敏裝置靜止不動(dòng)，激勵(lì)電信號和產(chǎn)生的電信號將是一致的。但是，當(dāng)電敏裝置的外部加速度發(fā)生變化時(shí)，電敏裝置的機(jī)械位移將根據(jù)外部加速度和電敏裝置的相對取向而發(fā)生變化。電敏裝置的機(jī)械位移將根據(jù)裝置的取向變化而變化，從而使輸出電信號發(fā)生相應(yīng)的變化。激勵(lì)電信號和產(chǎn)生的信號之間的差異以與普通陀螺儀類似的方式為傳感器的取向變化提供檢測。因此，傳感器就構(gòu)成了一個(gè)陀螺儀，因?yàn)樗蓹z測系統(tǒng)的取向變化，并適合于用在穩(wěn)定和控制系統(tǒng)中。通過設(shè)置多個(gè)布置在正交方向上的電敏裝置，就可構(gòu)成一個(gè)多維陀螺儀。
圖12示出了用于提供單獨(dú)的(a)電激勵(lì)和(b)機(jī)械位移檢測的電敏裝置中的一部分124的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)最好沿短軸3或13的整個(gè)長度是均勻的，并可代替圖3所示電敏部分20的結(jié)構(gòu)。該部分124是圖1所示第一裝置1的連續(xù)元件2或圖2所示第二裝置11的連續(xù)元件12的一部分，因此，如圖12所示，部分124沿圍繞短軸3或13的螺旋曲線延伸。
在電敏部分124的第一部分121中，電敏部分124具有與圖3所示電敏部分20的雙層彎曲結(jié)構(gòu)相同的雙層彎曲結(jié)構(gòu)，因此就不再重復(fù)描述了。但是，部分124的該第一部分121在使用過程中是如何進(jìn)行激勵(lì)是存在差異的。特別是，代替機(jī)械激勵(lì)，該部分121是通過由電路123作用一個(gè)預(yù)定頻率的激勵(lì)電信號來進(jìn)行電激勵(lì)。激勵(lì)電信號使部分124圍繞短軸3或13進(jìn)行彎曲，并隨之使電敏裝置結(jié)構(gòu)圍繞短軸3或13發(fā)生扭曲，從而使結(jié)構(gòu)的端部產(chǎn)生相對位移。
另外，電敏部分124的第二部分122可單獨(dú)地檢測由第一部分121受到電激勵(lì)時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械位移。與第一部分121類似，第二部分122具有與圖3所示電敏部分20相同的結(jié)構(gòu)。第一和第二部分121和122的層相互平行延伸。第二部分122通過第一部分121的機(jī)械位移而受到機(jī)械激勵(lì)，從而產(chǎn)生與實(shí)際機(jī)械位移相一致的電信號。第二部分122的電極與用作檢測電路來檢測所產(chǎn)生的電信號的電路123電連接。電路123還將所產(chǎn)生的電信號與作用于第一部分121的電極上的激勵(lì)電信號進(jìn)行比較，從而以與已知陀螺儀相同的方式對電敏裝置的取向變化進(jìn)行檢測。因此，當(dāng)使用部分124的結(jié)構(gòu)時(shí)，電敏裝置就構(gòu)成一個(gè)陀螺儀。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，其包括與檢測電路電連接的電敏裝置，該電敏裝置包括沿彎曲短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，并布置成當(dāng)結(jié)構(gòu)端部相對移動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)就隨之圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電信號，檢測電路布置成可檢測所產(chǎn)生的電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，電敏裝置的結(jié)構(gòu)端部與相對位移待檢測的可相對移動(dòng)的元件相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，元件中的一個(gè)是浮子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，元件中的一個(gè)是活塞，活塞適合于在流體壓力作用于其上時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而使該傳感器成為壓力傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，活塞是剛性元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，活塞是柔性膜片。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，元件中的一個(gè)是聲音檢測元件，聲音檢測元件適合于在聲波射入到其上時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而該傳感器構(gòu)成麥克風(fēng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-7之一所述的傳感器，其特征在于，另一個(gè)元件支承著元件中的所述一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，元件中的一個(gè)是質(zhì)量塊，從而該傳感器構(gòu)成用于檢測另一個(gè)元件加速度的加速度傳感器。
10.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，檢測電路布置成可檢測電壓形式的電信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的傳感器，其特征在于，檢測電路是積分電流檢測電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其還包括旋轉(zhuǎn)元件，旋轉(zhuǎn)元件圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線的外周面上具有半徑變化的結(jié)構(gòu)，電敏裝置的一端與接合上述外周面的元件相連，以便于對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，從而該傳感器就構(gòu)成旋轉(zhuǎn)編碼器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，其特征在于，圍繞旋轉(zhuǎn)軸線沿不同的方向，結(jié)構(gòu)具有不同的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，電敏裝置的結(jié)構(gòu)通過作用與所述第一次提及的電信號無關(guān)的激勵(lì)電信號而產(chǎn)生電激勵(lì)，該傳感器還包括與電敏裝置電連接的交流信號源，用于提供所述激勵(lì)電信號，從而傳感器就構(gòu)成陀螺儀。
15.一種傳感器，其包括與檢測電路電連接的電敏裝置，該電敏裝置包括沿彎曲短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，并布置成當(dāng)結(jié)構(gòu)端部相對移動(dòng)而產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)就隨之圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，電敏結(jié)構(gòu)包括沿短軸連續(xù)設(shè)置的電敏部分，該電敏部分布置成可通過圍繞短軸進(jìn)行彎曲且隨之電敏結(jié)構(gòu)圍繞短軸發(fā)生所述扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電信號，檢測電路布置成可檢測所產(chǎn)生的電信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14之一所述的傳感器，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括沿短軸連續(xù)設(shè)置并布置成在受到激勵(lì)時(shí)就圍繞短軸進(jìn)行彎曲的電敏部分。
17.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括圍繞短軸彎曲的連續(xù)電敏元件，所述電敏部分為連續(xù)元件的相鄰有限部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳感器，其特征在于，連續(xù)電敏元件圍繞短軸彎曲成螺旋線。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18之一所述的傳感器，其特征在于，連續(xù)電敏部分具有由多個(gè)層構(gòu)成的彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的傳感器，其特征在于，電敏部分具有由兩層電敏材料構(gòu)成的雙層彎曲結(jié)構(gòu)或由兩個(gè)以上的電敏材料層構(gòu)成的多層彎曲結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括用于在電敏結(jié)構(gòu)受到機(jī)械激勵(lì)時(shí)可在其間產(chǎn)生電信號的電極。
22.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器或電表，其特征在于，短軸沿螺旋曲線延伸。
23.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，短軸沿平面曲線延伸。
24.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括壓電材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的傳感器或電表，其特征在于，壓電材料是壓電陶瓷或壓電聚合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的傳感器或電表，其特征在于，壓電材料是鈦酸鋯酸鉛(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
27.一種構(gòu)成并布置成基本上按附圖所示和以前述方式進(jìn)行工作的傳感器。
28.一種構(gòu)成并布置成基本上按附圖所示和以前述方式進(jìn)行工作的電表。
全文摘要
本發(fā)明的各種傳感器采用與檢測電路電連接的電敏裝置(11)。電敏裝置(11)包括圍繞短軸(13)彎曲成螺旋線的連續(xù)電敏元件(12)形式的電敏結(jié)構(gòu)，所述短軸(13)本身是彎曲的，例如圍繞長軸(14)彎曲成螺旋線。當(dāng)裝置(11)的端部(16)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而受到激勵(lì)時(shí)，由于短軸(13)是彎曲的，因此，電敏結(jié)構(gòu)就圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)。連續(xù)元件(12)具有由多個(gè)層(21和22)構(gòu)成的彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層，從而伴隨著扭轉(zhuǎn)，連續(xù)元件(12)進(jìn)行彎曲而產(chǎn)生可由檢測電路進(jìn)行檢測的電信號。電敏裝置(11)優(yōu)選地用作傳感器中的傳感元件，因?yàn)樗哂休^大的位移、較高的靈敏度和較低的柔度。
文檔編號H01L41/08GK1545612SQ02816270
公開日2004年11月10日 申請日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月20日
發(fā)明者M·加雷斯, M 加雷斯, A·胡利, 皮爾斯, D·H·皮爾斯, 勒內(nèi)爾, U·R·勒內(nèi)爾, 謝潑德, M·R·謝潑德 申請人:1...有限公司