电容式汽车荷载传感器敏感元件研究

电容式汽车荷载传感器敏感元件研究电容式汽车荷载传感器敏感元件研究于晓光，卢满怀 (电子科技大学中山学院，广东中山 52840)2 摘要:针对目前汽车荷载检测的单一性，设计了一种全新的电容式汽车荷载传感。器根据汽车荷载检测的特殊性，应用电容的物理特性研究了传感器的工作原理和工作方。式按照汽车底盘的特点，恰当选择了传感器敏感元件的安装位置和安装方式。针对敏感元件的性能要求，合理选择了敏感元件的材料，优化设计了敏感元件的结构。并经过有限元法力学分析计算和模拟实验，证明敏感元件的性能完全符合设计要求。该传感器的研究为汽车载重量的检测提供了...

电容式汽车荷载传感器敏感元件研究于晓光，卢满怀 (电子科技大学中山学院，广东中山 52840)2 摘要:针对目前汽车荷载检测的单一性，设计了一种全新的电容式汽车荷载传感。器根据汽车荷载检测的特殊性，应用电容的物理特性研究了传感器的工作原理和工作方。式按照汽车底盘的特点，恰当选择了传感器敏感元件的安装位置和安装方式。针对敏感元件的性能要求，合理选择了敏感元件的材料，优化设计了敏感元件的结构。并经过有限元法力学分析计算和模拟实验，证明敏感元件的性能完全符合设计要求。该传感器的研究为汽车载重量的检测提供了新的途径，具有实用和推广意义。关键词:传感器;敏感元件;结构设计;力学性能中图分类号:TM935,TP212.12 文献标识码:B 文章编号:1001- 139(02012)01- 0087-03 Study of the Sensitive Component for the Capacitance Transducer with Autocar Load YU Xiao- guang，LU Man-hu ai (University of ElectronicS cience and Technology , Zhongshan 528402,Gu angdon，gChina) Absac: nove capactve transducewr ith autocar oad was desgned in auson to gaugng snge for the autocaro ad trtAliililliiillthrough theph ysca propertyo f capactance It was studied twoo rk eements andw ork modeo f the transducearcc ording ilil to measure special of autocarl oad. According toc hassis characteristics, it wass elected reasonablfoy r fixing position and fixing modeo f the componentse nsitive of the transducer. According to demofa pnderfo rmancoef the component senstve, it wass eected to matea, and the structure wdaess gned reasonably. s performances accordw ith the iilriliItidemands by meaonsf t he mechanicasn alysed of the finite element ands imulation tests.A new way is provided for the measureof autocar oad through then vestgaton of transducer, andit h aspr actca and extendingsg nicance. liiiilifiKey words: transducer,se nsitive component, structuredes igns, mechanicsp erformance 0 引言该传感器安装在车辆轮轴与减震钢板弹簧之间，对车辆荷载能进行实时静态和动态测量它不但克服了上。目前，国内外汽车载重量的检测主要有两种手述两种检测方法的不足，而且可实现超载报警，自动段:电子汽车衡和计重收费系统前者用于普通公路。关闭汽车发动机，控制车辆启动行使，彻底杜绝超载上的车辆荷载检测高速公路上则主要采用计重收费。隐患。系统。这两种检测方式都存在一定的局限性:投资较 1 传感器的工作原理由物理学可知，由绝缘介质分大;车辆需停车或缓行，影响其他车辆的行驶和道路开的两块平行金属畅通，检测效率低;机动灵活性差;安装不便;检测精板即构成平板电容器。当忽略边缘效应时，其电容量度不高;检测方法相对比较单一，所使用传感器均为为: 电阻应变式，其输出信号微弱，在大应变状态下非线性明显。且抗干扰能力较差，易受环境温度的影响，不 εεS εS r0C= = (1) 0[1]利于检测。 dd 0 0 电容式汽车荷载传感器是一种全新的检测手段，式中ε为两极板间介质的介电常数;ε 为介质的相对 r 介电常数;ε为真空的介电常数，为1/3.6π(pF/cm);S * 国家自然科学基金资助项目(6057200)1; 0 中山市工业攻关计划资助项目(20083A27)0 总第 49 卷第 553 期电测与仪表 No.553 Vol.49 2012 年第 1 期 Electrical Measurement& Instrumentation Jan. 2012 2 2 2 性模量，单位GN/m ;S为弹性体截面积，单位m 。为极板间相互覆盖的面积 (cm);d为两平行极板之 0 当弹性体确定后，式(5)中的L、E、S即为常量。那间的初始距离(cm)。么弹性体变形量Δ与外力F成正比关系由于弹性体 l。当式(1)中的ε、S保持不变，只改变两极板间的极受外力作用产生弹性变形，则带动安装其内的平板电距d，则电容C也随之改变，且电容C与极距d的变化成容两极板极距d发生改变，其改变量Δd与两极板固定反比关系。根据这一关系，可制成变极距式电容传感处弹性体之间的变形量Δl相同，即Δd=Δl。因此，根器。当电容两极板极距改变Δd时，则电容C变化量据式(4)、式(5)可知，外力F与电容极距变化量Δd和为: 电容变化量ΔC存在一一对应的正比关系。只要求出 εS εS ΔC=C-C=- 0电容的变化量ΔC，则可知电容极板间距变化量Δd d- Δd d 00 和弹性体变形量Δ，已知Δ后则可求出外力F电容 ll。Δd/d 0=C(2) 0式汽车荷载传感器正是基于这一基本原理而工作的。 1- Δd/d 0 2 对传感器敏感元件的要求当Δd<

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