[发明专利]一种变间距叉指型相邻电容传感器

摘要

一种变间距叉指型相邻电容传感器，用于变厚度高分子材料介电性能的检测，属于无损检测领域。该传感器主要由激励电极、感应电极、基底、屏蔽层和引线接头等组成。激励电极和感应电极的特征为均包含多个叉指单元，根据待测结构厚度变化规律，对组成叉指传感器电极的每个叉指单元的宽度和间距进行独立的优化设计，即在保证穿透深度的条件下，使得电极宽度尽量大，以获得最大的信号强度和检测灵敏度。与传统等间距叉指型相邻电容传感器相比，变间距叉指型相邻电容传感器的有效电极面积增大，提高了信号强度和检测灵敏度。

主权项

一种变间距叉指型相邻电容传感器，其特征在于：该传感器包括激励电极(1)、感应电极(2)、基底(3)、屏蔽层(4)、引线接头(5)；激励电极(1)和感应电极(2)粘贴在基底(3)的正面且相互交叉布置，屏蔽层(4)粘贴在基底(3)的背面；引线接头(5)焊接在基底(3)背面两侧；激励电极(1)和感应电极(2)均包含多个叉指单元，各叉指单元依次交替排列，且各个叉指单元的宽度和相邻两叉指单元的间距取决于待测结构厚度；屏蔽层(4)粘贴在基底(3)背面，在感应电极(1)和激励电极(2)引线附近，屏蔽层(4)留有U型切口；屏蔽层(4)的位置与激励电极(1)和感应电极(2)相对；引线接头(5)焊接在基底(3)背面，引线接头(5)的中间引脚通过基底上预留的引线孔分别与激励电极(1)和感应电极(2)相连，引线接头(5)的外侧引脚与屏蔽层(4)相连；各叉指单元的宽度和间距具体设计步骤如下：定义叉指传感器的关键参数，主要包括：单个叉指单元宽度w、长度l、相邻叉指单元间距g、极板覆盖率γ；基本单元长度C＝w+g，极板覆盖率γ表征叉指宽度w在传感器一个基本单元C中所占的比例，即γ＝w/(w+g)；步骤一：制作单对叉指单元组成的相邻电容传感器，其基本单元长度为C，极板覆盖率为γ；单对叉指单元组成的相邻电容传感器主要包括：激励电极、感应电极、屏蔽层和基底，其中激励电极和感应电极相当于叉指传感器中对应的叉指单元；制作极板宽度为w＝C*γ、间距为g＝C*(1‑γ)、屏蔽层宽度为C的相邻电容传感器；步骤二：测量不同厚度待测试样的电容值；将不同厚度的待测试样放置于步骤(一)制作的相邻电容传感器上方，其中待测试样紧贴传感器电极放置，测量并记录多个厚度不等待测试样的电容值；步骤三：计算各不同厚度待测试样的电容值相对于稳定值的变化率；待测试件厚度为h时的电容值为Ch，则Ch相对于稳定值Ch→∞的变化率为Difference％，即：Difference%=|Ch-Ch→∞|Ch→∞×100%---(1)]]>得到各不同厚度待测试样的电容值相对于稳定值的变化曲线；步骤四：计算单对叉指单元组成的相邻电容传感器的穿透深度；在步骤(三)的基础上，取Difference％为10％绘制水平线，与不同厚度待测试样的电容值相对于稳定值的变化曲线的交点所对应的待测试样厚度值h，即为传感器的有效穿透深度；步骤五：重复步骤(一)～(四)，测量不同单元长度C、不同极板覆盖率γ下相应传感器的有效穿透深度h；步骤六：确定每个叉指单元的宽度和间距，组合得到变间距叉指型相邻电容传感器；依据步骤(五)得到的有效穿透深度h与各单元长度和极板覆盖率的对应关系，结合待测渐变厚度试件的几何尺寸特征，对每个叉指单元的宽度和间距进行选取，得到不同形式的变间距叉指相邻电容传感器组合；步骤七：变间距叉指型相邻电容传感器的优化选取；对步骤(六)得到的不同组合的传感器性能进行测试，对比传感器电场线分布和信号强度，选取最优的变间距叉指型相邻电容传感器。