[发明专利]一种压电电容复合式自供电温度场检测装置

说明书

本发明涉及一种压电电容复合式自供电温度场检测装置，属于智能微机电系统和微能源技术领域，包括上柔性基板，下柔性基板，上绝缘盖板，下绝缘盖板和测温中间层。阵列中每个基本单元测得的点温度通过信息处理可得到检测阵列所覆盖的区域温度场。基本单元通过外界振动采集能量供给测温电容激励能量进行温度检测。基本单元结构包括上电容单元，测温单元，下电容单元。本发明将自供电与温度检测进行复合，对于环境保护，智能传感，能源有效利用方面有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于智能微机电系统和微能源技术领域，尤其涉及一种复合式自供电温度场检测装置，应用于高端装备制造产业和智能制造等行业，高效便捷的智能检测系统对于智能传感控制，智能无人系统的发展有起至关重要的推动作用。

背景技术

随着工业化进程的不断发展，实际应用中温度场检测技术所面临的要求也越来越高，尤其在智能机械制造、航空航天、新能源汽车、制药、烟草、粮食存储等对温度有较高要求的领域。温度测量中不仅对温度测量的精度、灵敏度提出要求，同时自供电或低功耗的温度测量器件正受到广泛关注，这一要求不仅响应当今世界“绿色、节约、环保”的主题，而且体现智能化的发展方向，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，顺应社会的发展趋势。

自供电测温的设计理念符合智能传感的研究领域，同时对于能源的有效利用、绿色环保起到重要的作用。针对自供电测温的问题，将两者结合的研究相对较少。其中，声表面波传感器SAW，热电偶温度传感器及压电集成式温度传感器的研究与该问题较为相关。声表面波传感器SAW通过发射激励频率，测量频率变化来测量温度，但其电路结构复杂，组合频率干扰严重，用于产生激励信号的本振的频率是不可调整的，易受环境干扰，系统的灵活性和操作性差的缺点；热电偶温度传感器利用塞贝克原理，将两种半导体的一端结合在一起并使之处于高温状态(热端)，而另一端开路且处于低温状态(冷端)，则在冷端存在开路电压，该方法不需外界电源直接通过开路电压测温，然而该方法测温精度较低，且需要高温和低温状态同时存在；压电集成式温度传感器通过压电采集能量供给单独的温度传感器，通过集成式的方法进行温度检测，电路结构复杂，器件较多。因此，本申请将自供电与温度测量复合在一个装置中，且温度检测促进能量的采集，因静电式和压电式输出电压及最大输出功率量级相同，因此将两者进行能量复合，增大能量利用率。在温度测量中，由于电容式温度测量结构简单，精度高，自然地与自供电紧密关联,因此，采用由导体/介质层/导体组成的多层梁固体可变电容结构。

发明内容

本发明提供一种压电电容复合式自供电温度场检测装置，以解决振动环境中温度检测需要外部电源、电池更换复杂、能量利用率低、测温干扰大等问题。

本发明采取的技术方案是：包括上柔性基板，上绝缘盖板，测温中间层，下绝缘盖板，下柔性基板；其中，下柔性基板有凹槽，下绝缘盖板镶嵌在该凹槽中，测温中间层与下绝缘盖板卡接，上绝缘盖板嵌入到测温中间层中，上绝缘盖板与上柔性基板卡接；在上绝缘盖板中沉积上电容单元，下绝缘盖板中沉积下电容单元，测温中间层上有测温单元，测温单元上包括测温复合层上电极板、测温复合层、测温复合层下电极板，上电容单元与测温复合层上电极板形成可变电容结构一C₁，下电容单元与测温复合层下电极板形成可变电容结构二C₂，测温复合层上电极板与测温复合层下电极板形成测温电容结构C_L。

本发明所述上绝缘盖板与下绝缘盖板结构相同，其中，下绝缘盖板包括由下电容单元构成的M×N的阵列，M，N为正整数；

本发明所述下电容单元有凹槽，在凹槽上沉积下电容单元电极层，下电容单元电极层上沉积下电容单元驻极体，下电容单元边框上有八个下电容单元凹槽，与测温单元凸台形成嵌套配合；

本发明所述测温中间层包括由测温单元构成的M×N的阵列，M,N为正整数；

本发明所述测温单元结构上分为测温单元上层，测温单元中间层，测温单元下层，测温单元上层与测温单元下层结构相同；