[实用新型]基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种加速度传感器，尤其是一种基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度传感器，属于传感装置技术领域。

背景技术

准确测量绝对加速度值，对国防建设、经济建设和科学研究有着十分重要的意义。比如，远程洲际弹道导弹、人造地球卫星、宇宙飞船等都在地球重力场中运动，在设计太空飞行器时，也要首先知道准确的加速度数据；此外，与加速度测量相关的传感器在动力机械工业、车船和飞机等交通工具、桥梁和建筑安全监测、科学实验、兵器工业以及在日常生活中都极为有用；每一辆现代的轿车需要的加速度传感器达十数个之多，可见加速度传感器有着重要的市场价值；在汽车安全气囊、导弹引信、电梯保护装置、机器人运动、卫星运动等系统中无一离开加速度的测量。从20世纪40年代初，德国研制了世界第一只摆式陀螺加速度计以后，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计营运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高，但在一些对灵敏度有较高要求的如电梯保护系统，汽车安全气囊等应用场合，现有的加速度传感器仍然存在灵敏度不够高、通讯不便、难以满足应用需求的弊端。

碳纳米管有良好的应力诱导电阻变化特性，可用来作为压阻传感器。在微观角度上，碳纳米管具有独特的电学性能，碳纳米管中的电子波矢是沿轴向的。随网络构型(螺旋角)及直径的不同，单壁纳米碳管中电子从价带进入导带的能隙可从接近零(类金属)连续变化至leV(半导体)，即其导电性可呈金属、半金属或半导体性。因而，纳米碳管的导电性可通过改变管中网络的结构和直径来变化。在宏观角度上，大量碳纳米管均匀密布的薄膜材料也能体现出其微观的性能，当薄膜材料受到外力时，薄膜发生形变使得大量的碳纳米管直径等形态发生变化，从而改变了电阻值，若测出电阻值的变化就可以测得力的大小F。若在薄膜上粘合一定质量m的重物，可通过牛顿第二定律(F＝ma)测得加速度的大小。

鉴于上述情况，能否将碳纳米管敏感材料与传感器的智能检测技术巧妙结合，设计、生产一种新型的加速度传感器以克服上述缺陷，成为本领域技术人员有待解决的技术难题。

发明内容

本实用新型旨在提供一种基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度传感器，实现了纳米技术、无线通讯技术以及检测技术的有机结合，利用碳纳米管的优良性质提高加速度检测的灵敏度。其所采用的技术方案如下：

该基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度传感器主要包括：单片机、应变电桥、放大电路、AD转换电路、无线模块以及传感探头，其中，所述传感探头、应变电桥、放大电路、AD转换电路、单片机顺次连接，所述无线模块与所述单片机连接；所述传感探头为覆有柔性碳纳米管压阻膜的应变梁，所述柔性碳纳米管压阻膜是在柔性基底上交替沉积聚阳离子和单壁碳纳米管而成。

优选地，所述单片机采用AT89C52——8位单片机。

优选地，所述放大电路中采用AD620AN芯片。

优选地，所述AD转换电路采用串行输入串行输出的8位A/D转换器TLC549模块。

优选地，所述无线模块中采用NRF24L01芯片。

本实用新型较之现有技术的优点在于：

(1)碳纳米管具有独特的电学性能，由于碳纳米管薄膜受外力而发生弯曲形变时，改变能隙，引起其宏观电阻发生较大改变，通过检测其电阻变化来检测所受力的大小，因此单壁碳纳米管薄膜可用作加速度传感器。更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域，同时实现了纳米技术的具体应用；

(2)使用了纳米技术传感器的加速度检测仪在灵敏度方面，较市面现有的加速度检测仪有了长足的进步。

附图说明

图1是本实用新型的基于柔性碳纳米管压阻膜的无线加速度传感器结构框图；

图2是单片机1的电路原理图；

图3a和图3b是加速度传感探头2及其应变电桥3的原理图；

图4是放大电路4的电路原理图；

图5是AD转换电路5的电路原理图；

图6是无线模块6的电路原理图；

图7a和图7b是本实用新型的电源模块电路原理图；

图8是下位机传感器程序流程图；

图9是上位机远程控制系统程序流程图。

符号说明

1  单片机      2  传感探头      3  应变电桥

4  放大电路    5  AD转换电路    6  无线模块

具体实施方式