意图。
[0022] 图13是本发明的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
[0023] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驱动电极，4、感应电极，5、弹性介质。
【具体实施方式】
[0024] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0025] -种牙齿综合测量仪，其结构框图如图1所示，该测量仪包括牙齿咬合采集单元、 牙齿松动采集单元、牙齿卡套、数据采集卡、数据处理单元、无线通信单元和控制器，所述牙 齿咬合采集单元、牙齿松动采集单元安装于牙齿卡套上，所述数据采集卡采集牙齿咬合采 集单元、牙齿松动采集单元的数据，所述数据处理单元将数据采集卡采集的信息处理后送 到控制器，所述数据处理单元、无线通信单元分别和控制器连接，所述无线通信单元与远程 接收单元进行通信，所述牙齿咬合采集单元、牙齿松动采集单元均采用薄膜三维力压力传 感器，远程接收单元可以是手机、服务器等信号接收器。
[0026] 所述牙齿卡套包括侧套和底套，所述侧套和底套可拆卸连接，所述牙齿松动采集 单元安装于侧套上，所述牙齿咬合采集单元安装于底套上。所述底套包括为相互可拆卸连 接的底套卡片，底套卡片上下面均设有卡和牙齿咬合采集单元的底套夹紧结构，侧套包括 为相互可拆卸连接的侧套卡片，侧套卡片一面设有卡和牙齿松动采集单元的侧套夹紧装 置，一面设有与牙齿无缝连接的卡和装置。
[0027] 侧套和底套分别通过侧套卡片和底套卡片形成，每个侧套卡片和底套卡片和每颗 牙一一对应，侧套卡片和底套卡片的尺寸根据牙的常规尺寸进行设置成一组，薄膜三维力 压力传感器的尺寸和侧套卡片和底套卡片一一对应，这样可以针对不同的牙设置不同的侧 套卡片和底套卡片，针对需要测量的牙齿可以单独安装测量牙齿的侧套卡片和底套卡片， 避免相互之间的影响，同时也防止传输数据的影响。
[0028] 安装时，针对需要测量的牙齿，选择合适尺寸的侧套卡片和底套卡片，然后根据合 适尺寸的侧套卡片和底套卡片选择合适的薄膜三维力压力传感器于侧套卡片和底套卡片 卡和，将侧套卡片和底套卡片分别连接组成卡套和底套，将卡套移动于需要测量的牙齿位 置重叠后，通过侧套卡片的卡和装置将侧套固定于牙齿上，之后将底套安装于侧套上。底套 可以根据实际需要可以设置一面放置牙齿咬合采集单元，或者两面均放置牙齿咬合采集单 元，这样可有效降低牙齿的厚度，提高测量精度。
[0029] 所述数据处理单元包括数据过滤单元、数据分类单元、数据融合处理单元和数据 库单元，所述数据过滤单元用于过滤传感器采集的错误数据，所述数据分类单元对过滤后 的数据进行分类，数据融合处理单元根据数据分类单元的数据进行融合处理输出二维数据 表，数据库用于存储检测数据和标准数据，所述标准数据为正常牙齿的各项数据。
[0030] 薄膜三维力压力传感器包括控制单元、与控制单元分别连接的X方向差动电容单 元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X 方向的切向力且消除Y方向切向力影响，所述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计 算Y方向的切向力且消除X方向切向力影响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动 电容单元组合的电容值求和计算电容传感器的法向力且消除切向力影响。所述X方向差动 电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块， 所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元 包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电 极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位 和右差位δ右，b。驱=b。感+ δ右+ δ左，其中，b。驱为条状电容单元的驱动电极长度，b。感为 条状电容单元的感应电极长度。所述差位Ss= δ Φ，且其中d。为弹性介 质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元 模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小 相同、方向相反。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应 连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a 5。所述平行板面积S = Mfefajb。， 其中，M为所有条状电容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电容单元的宽度。所 述电容单元模块的每个条状电容单元的引线通过并联或者独立连接到控制单元。所述条状 电容单元的宽度％ ，其中，d。为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的 抗剪模量。所述控制单元和电容单元模块之间设有中间变换器，中间变换器用于设置电压 对电容或频率对电容的传输系数。
[0031] 1、条状电容单元的转换特性
[0032] (1)激励信号和坐标系
[0033] 将条状电容单元置于图2所示的直角坐标系中，极板平面长度b。、宽度a。、弹性介 质厚度d。。三维激励施加于电容极板的外表面，产生的接触式作用力具有Fx、Fy和Fz三 个方向分量，Fx和Fy的作用方向沿X轴和Y轴，Fz的作用方向沿OZ轴，8卩兹方向，法向和 切向应力均为一种应力张量，从电极的引线间即可输出电容的响应；法向应力σ n= Fn/A， 其中A = a。·13。为极板法向受力面，Fn = Fz为法向分量；两侧表面上产生成对的切向应力 τ X= Fx/A，τ y= Fy/A〇
[0034] 根据弹性力学中的虎克定律，σ JP τ x，Ty都将使弹性体产生相应的变形。其中，
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 式中，E为弹性介质的杨氏模量（单位：GN/m2)，G为弹性介质的抗剪模量（单位： GN/m2)，δ n为弹性介质的法向位移（单位：μ m)，而δ X和δ y为条状电容单元上下两极 板的相对错位（单位：μπι)，其正负号由坐标轴指向决定。
[0039] (2)电容公式及其输入输出特性
[0040] 矩形平行板电容器的初始电容为：
[0041]
W.)
[0042] 式中，ε。真空介质电常数为8. 85PF/m，ε r= 2. 5为电介质的相对介电常数。d。 受ση的激励产生相对变形ε η= δ n/d。= σ n/E，代入⑷得到输入输出特性
[0043]
(S)
[0044] (3)法向应力作用下的线性度和灵敏度
[0045] a、法向线性度
[0046] 在（5)式中分母中，故Cn= f(Fn)的关系是非线性的，因转换量程中的最大 值〇 n_与介质弹性常数E相比，ε n是个很小的量，即分母中ε n〈〈l，将（5)按级数展开并 略去二次方以上的高阶无穷小，（5)式可简化为：
[0047]
(6)
[0048] 可见在匕与F n的转换特性中的法向线性度的最大相对误差接近于零。
[0049] b、灵敏度
[0050]按法向灵敏度的定义^ = 1?:
[0051] 按（6)式可得线性灵敏度，<