一种三角平面阵列式电容传感器的制作方法

本实用新型属于电容传感器技术领域，具体涉及一种三角平面阵列式电容传感器。

背景技术：

新型复合材料在航天、冶金、医疗等行业应用越来越广泛。但在使用过程中，复合材料容易出现疲劳损伤、裂纹、侵水、开粘等现象；因此，发展新型的无损检测技术，更好的满足非金属结构材料的检测要求成为重要的技术需求。

电容法、近红外法和微波法都属于无损检测手段，但近红外法易受被测材料形状、大小、密度的影响。微波法受材料特性影响较大，且价格昂贵，难以推广使用。电容法是根据被测材料的介电特性进行检测，材料介电常数的变化必然会引起测量电容值的变化进行检测。相比起来，电容测量法具有结构简单，价格低廉，响应快速，操作方便等优点；并且电极设计灵活，可以满足多种测量条件，便于推广应用。

目前，国内外关于平面电容无损检测主要有平面电容阵列结合层析成像技术进行检测和利用复杂结构电极(叉指型、螺旋型、回字型等)检测两种方法。第一种方法区域灵敏度低且算法复杂；第二种方法结构复杂，不便于加工，且无法准确获取损伤区域位置信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种三角平面阵列式电容传感器，解决了现有平面电容传感器无法对场域内介电特性分布不均区域准确定位的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种三角平面阵列式电容传感器，包括绝缘基板，绝缘基板的上表面的中心设置有矩形激励电极，矩形激励电极的两侧分别为极间屏蔽电极a和极间屏蔽电极b，极间屏蔽电极a远离矩形激励电极8的一侧设置有三角测量电极b、三角测量电极c，极间屏蔽电极b远离矩形激励电极的一侧设置有三角测量电极a、三角测量电极d，绝缘基板的上方罩有绝缘保护层，保护电极包裹在绝缘基板的下表面。

本实用新型的特点还在于：

绝缘基板的上表面镀一层环氧树脂绝缘层。

矩形激励电极与三角测量电极a、三角测量电极b、三角测量电极c、三角测量电极d之间的间距为矩形激励电极宽度的0.1-0.5倍。

极间屏蔽电极a和极间屏蔽电极b的宽度为矩形激励电极与三角测量电极a、三角测量电极b、三角测量电极c、三角测量电极d之间的间距的0.5倍。

三角测量电极a、三角测量电极b、三角测量电极c、三角测量电极d关于矩形激励电极对称分布。

所有电极均通过PCB过孔技术与外部屏蔽接线端子连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种三角平面阵列式电容传感器，结构简单、布置灵活、价格低廉，并且由于其特殊的三角极片形状，具有较高的测量灵敏度和良好的线性度；本实用新型中利用矩形激励电极和三角检测电极对称分布排列的特性，可以快速确定介质分布不均区域的位置。

附图说明

图1是本实用新型三角平面阵列式电容传感器的主视图；

图2是本实用新型三角平面阵列式电容传感器的侧视图；

图3是本实用新型三角平面阵列式电容传感器的使用连接图；

图4是本实用新型三角平面阵列式电容传感器使用中信号调理电路的结构示意图。

图中，1.多通道三角阵列平面电容传感器，2.信号调理电路，3.数据采集设备，4.计算机，5.C/V转换电路，6.放大滤波电路，7.相敏检波电路，8.矩形激励电极，9.三角测量电极a，10.三角测量电极b，11.三角测量电极c，12.三角测量电极d，13.极间屏蔽电极a，14.极间屏蔽电极b，15.绝缘基板，16.绝缘保护层，17.保护电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种三角平面阵列式电容传感器，主视图如图1所示，侧视图如图2所示，多通道三角阵列平面电容传感器1包括绝缘基板15，绝缘基板15的上表面的中心设置有矩形激励电极8，矩形激励电极8的两侧分别为极间屏蔽电极a13和极间屏蔽电极b14，极间屏蔽电极a13远离矩形激励电极8的一侧设置有三角测量电极b10、三角测量电极c11，极间屏蔽电极b14远离矩形激励电极8的一侧设置有三角测量电极a9、三角测量电极d12，绝缘基板15的上方罩有绝缘保护层16，保护电极17包裹在绝缘基板15的下表面，减少内部电场的泄露，抑制电路测量寄生电容和外界电磁干扰。

矩形激励电极8与4个三角测量电极蚀刻在绝缘基板15同一平面上，三角测量电极关于矩形激励电极8对称分布，实现了对平面复合材料的测量。同时，特殊的三角极片结构以及对称排列方式，实现了对场域内介质分布不均区域的准确定位。

激励电极的形状为矩形，测量电极的形状为三角形，与传统的矩形或正方形排列方式相比，这种形状的测量电极和电极排列方式可以有效提高传感器的信号强度、动态检测范围、测量灵敏度和穿透深度。

激励电极与测量电极之间存在极间屏蔽电极，可以减少不同测量通道之间的串扰噪声。

绝缘基板15的上表面镀一层环氧树脂绝缘层，可以有效减小外部噪声对测量信号的干扰，提高测量灵敏度。

矩形激励电极8与三角测量电极a9、三角测量电极b10、三角测量电极c11、三角测量电极d12之间的间距是决定信号强度的主要因素，为了使传感器输出信号强度性能优化，其间距一般取矩形激励电极8宽度的0.1-0.5倍。

极间屏蔽电极a13和极间屏蔽电极b14分布在矩形激励电极8和4个三角测量电极之间，极间屏蔽电极宽度越大，信号强度越弱，但是穿透深度增加；同时极间屏蔽电极可以有效减小不同测量通道之间的串扰噪声，其宽度一般取矩形激励电极8与三角测量电极间距的0.5倍。

所有电极均通过PCB过孔技术与外部屏蔽接线端子连接，方便接入信号调理电路2。

使用时，如图3所示，多通道三角阵列平面电容传感器1依次与信号调理电路2、数据采集设备3、计算机4连接。多通道三角阵列平面电容传感器1中矩形激励电极8、三角测量电极a9、三角测量电极b10、三角测量电极c11、三角测量电极d12、极间屏蔽电极a13、极间屏蔽电极b14均与信号调理电路2连接。

信号调理电路2如图4所示，包括依次串联的C/V转换电路5、放大滤波电路6和相敏检波电路7，C/V转换电路5与多通道三角阵列平面电容传感器1连接，相敏检波电路7与数据采集设备3连接。多通道三角阵列平面电容传感器1的各个电极的接线端子通过单芯屏蔽导线与C/V转换电路5连接。

数据采集设备3采集数据并送入计算机4，由计算机4对数据采集设备3的输出信号进行数据处理和阈值判断，确定介质分布不均区域的位置和大小，进而计算获得待测样本内部介电特性分布情况。