一种基于挠曲电效应的三维流速变化率传感器及测量方法

摘要

一种基于挠曲电效应的三维流速变化率传感器及测量方法，该传感器包括L状三维主体元件和球状绝缘材料，所述L状三维主体元件包括绝缘层、电极层、挠曲电材料层，多层叠加，空余部分用绝缘黏性材料填充，电极层与电荷放大器相连接，电荷放大器的输出端与信号处理、显示、存储模块相连接；测量流速变化率时，三维流场内流体冲击球状绝缘材料，使得L状三维主体元件各层发生形变，挠曲电材料层在其挠度方向产生了应变梯度，产生四组极化电荷，经电极层传递至电荷放大器，经处理实时的显示三维流速变化率；本发明传感器体积微小，对流场影响极小，无需对挠曲电材料层供电，具有无外加质量块、量程宽、实时性良好、直接测量、精度高、结构简单等特点。

主权项

一种基于挠曲电效应的三维流速变化率传感器，其特征在于：包括L状三维主体元件(1)，所述L状三维主体元件(1)一端固结于基体上，另一端连接球状绝缘材料(2)，L状三维主体元件(1)包括L状中空腔体绝缘层(3)，贯穿设置在L状中空腔体绝缘层(3)内部的挠曲电材料层(3‑1)，其中挠曲电材料层(3‑1)的长度、宽度和高度均小于L状中空腔体绝缘层(3)中空腔体的长度、宽度和高度；在靠近球状绝缘材料(2)一端的L状中空腔体绝缘层(3)内部一段，L状中空腔体绝缘层(3)与挠曲电材料层(3‑1)之间的间隙的四个面设置有两对电极层，分别为上下相对的Z电极层对(3‑2)和左右相对的Y电极层对(3‑3)，所述Z电极层对(3‑2)、Y电极层对(3‑3)与挠曲电材料层(3‑1)紧密接触，各个电极层之间互不连接；在远离球状绝缘材料(2)一端且与设置Z电极层对(3‑2)、Y电极层对(3‑3)的L状中空腔体绝缘层(3)相垂直的另一段，L状中空腔体绝缘层(3)与挠曲电材料层(3‑1)之间的间隙的四个面设置有两对电极层，分别为上下相对的去耦电极层对(4‑1)和左右相对的X电极层对(4‑2)，所述去耦电极层对(4‑1)和X电极层对(4‑2)与挠曲电材料层(3‑1)紧密接触，各个电极层之间互不连接；所述L状三维主体元件(1)内部的间隙由绝缘黏性材料(3‑4)填充，所述L状三维主体元件(1)外表面用热缩管紧固；所述Z电极层对(3‑2)与电荷放大器(5)的第一通道相连接，Y电极层对(3‑3)与电荷放大器(5)的第二通道相连接，X电极层对(4‑2)与电荷放大器(5)的第三通道相连接，去耦电极层对(4‑1)与电荷放大器(5)的第四通道相连接，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。