元的外围电路中设有无线充电电路，手持部给无 线充电电路提供能源支持。
[0028] 本实用新型中使用的电容式三维力传感器能够在三维力的方向上精确测量受力 方向，根据传感器中的电容变化量可以计算出受力大小，和受力方向的矢量方向，本实用新 型正是中利用三维力坐标记录佩戴着发音时喉结运动力从而标记语音，从而每个音词都有 唯一的坐标，将音标存放在数据库里，佩戴者需要发音时直接调用数据库中已存储数据，精 确度更高。
[0029] 电容式三维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S左和 右差位_ 一
> _ 」其中，为条状电容单元的驱动电极长度，b。^为条状 电容单元的感应电极长度。所述差位
- 中d。为弹性介质厚 度，G为弹性介质的抗剪模量，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--对应连 接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。所述平行板面积S = M(a(]+a5)b。，其 中，条M为条状电容单元数量，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。
[0030] 1、条状电容单元的转换特性
[0031] (1)激励信号和坐标系
[0032] 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0Z轴，即1: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；法向应力〇 n= Fn/A， 其中A = a。^b。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 t x= Fx/A，t y= Fy/A〇
[0033] 根据弹性力学中的虎克定律，〇"和t x，Ty都将使弹性体产生相应的变形。其中，
[0037] 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)，S n为弹性介质的法向位移（单位：y m)，而S x和S y为条状电容单元上下两极 板的相对错位（单位：ym)，其正负号由坐标轴指向决定。
[0038] (2)电容公式及其输入输出特性
[0039] 矩形平行板电容器的初始电容为：
[0041] 式中，e。真空介质电常数为8. 85PF/m，e ^ 2. 5为电介质的相对介电常数。d。 受〇n的激励产生相对变形e n= s n/dQ= 〇 n/E，代入⑷得到输入输出特性
[0043] (3)法向应力作用下的线性度和灵敏度
[0044] a、法向线性度
[0045] 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，e n是个很小的量，即分母中e 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] 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。
[0048] b、灵敏度
[0049] 按法向灵敏度的定夕
[0050] 按（6)式可得线性灵敏度，
[0051] Snl=C〇/AE= e〇er/d〇E (7)
[0052] 而按（5)式则
[0054] Sn2?Fn而变，Fn愈大，Sn2愈大，在整个转换特性上呈轻微非线性。
[0055] (4)切向应力TjP t y激励下的电容变化
[0056] 切向应力t jP t ￥并不改变极板的几何尺寸参数b。和a。，对介质厚度d。也不产 生影响。然而^和t y改变了平行板电容器的空间结构，正向面对的上下极板之间发生了 错位偏移。现以0X方向为例，极板在Tx作用下的错位偏移s x。
[0057] 在图3中当t 零时，a。上=a。下是正对的，基板之间有效截面AT = a。? b。;在 图4中，在右向的作用下，上极板相对于下极板产生了向右的错位偏移S x，从而使上下 极板之间在计算电容时的有效面积AT = (a。_ 5 x) ? b。;图5中，当t 左向时，错位偏移 SJlj向左，而AT= (afSJ *b。，有效面积的减少量相同，由此产生的电容为：
[0059] 根据剪切虎克定律
[0060] Tx= T x * G = G ? S x/d〇 (10)
[0061] 将（10)代入（9)可得
[0063] (11)式即为切应力下的输入一一输出特性，(^与t x呈线性关系。
[0064] 而其灵敏度
[0066] 公式（9)-(12)类似的分析同样适用与t # C Ty的特性与技术指标，只不过式中 条状电容单元的长边b。应设置于0X轴方向，而其短边a。则在0Y方向。
[0067] (5)差动电容单元的引进
[0068] 图4和图5所示的电容器结构性变化，只说明电容输出与切向应力± 输入的关 系，电容增量都是负的，因此这种初始电容结构不适宜作为对± T x得到增减电容的响应。 为此本实用新型对电容器上下极板的初始结构进行调整，构成一对差动电容对与C R)， 具体如图6所示。
[0069] 图6中，一对电容CJP CR%极尺寸&。、13。、(1。均相同，初始错位偏移6。也相同，区 别在于左边电容器CJ：层s。尖角的指向为+0X，而右边电容器cR上层s。尖角指向-0X。
[0070] 当1；<=〇时，
即图中阴影部分所对应的电 容，在此基础上如在-Fx激励下产生± S x的错误偏移，形成如图7所示的电容增减效果。
(13)
[0072] 图7中（^和C R差动电容对同一个t x将产生± S，± A C T的响应。 - -
?-公
[0074] 5。的大小应满足
可取5。= 10 ym，由此，公式（11)可 修改为
(14)
[0076] 式中
''为切应力为零时的初始电容，（14)式即为切应力输入 输出特性，CT：r^ Fx是线性关系，而