基于微液滴的全柔性无源压力传感器及其制造方法及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微液滴的全柔性无源压力传感器及其制造方法及其检测方法，基于微液滴的全柔性无源压力传感器，包括：形成感应腔室的两层导电电极，滴于感应腔室内的感测液滴，设于感应腔室两侧的传感器线圈，设于传感器线圈内的间隔层，覆盖导电电极和传感器线圈的柔性覆盖膜，感应腔室内设有供感测液滴扩展的空间。本发明专利技术在外部负载作用下，传感器的柔性覆盖膜发生弯曲形变，压迫内部的感测液滴向四周扩展，从而改变设备的电容值；将谐振频率的相应变化转换为可由外部电磁耦合线圈检测的信号，传感器具有灵敏性高，可靠重复性，高稳定性，检测方便，检测精度高的优点。 1

【技术实现步骤摘要】
基于微液滴的全柔性无源压力传感器及其制造方法及其检测方法
本专利技术属于电容压力传感技术，具体涉及一种穿戴式压力传感器及其制造方法及其检测方法。
技术介绍
当下新兴领域，如，健康监测，机器人技术和术后修复等，在精确、相容性以及低成本的传感技术方面的需求越来越强烈。近年来触觉感知在学术界和工业界引起了越来越多的关注。Ismailova小组曾报道一种方法，将导电聚合物和离子液体凝胶混合物整合到针织聚酯基材上，形成织物电极。当电极接触皮肤后，可以顺利捕获电生理信号。此外，微流体，特别是微液滴技术的发展为柔性触觉传感提供了新的思路。通常，微液滴定义为直径在几百微米范围的小液滴，它具有较大的表面积体积比，响应速度快，易操作，机械可塑性好，制造成本低等诸多优点。已经有实例在柔性压力传感器中引入微米离子液滴阵列来检测皮肤表面的动脉血压。电容传感设备器件结构简单、功耗低、抗干扰能力强,在可穿戴电气设备的发展中起着至关重要的作用。特别的，电容传感技术与LC无源平台结合,可用于远程生理信号，如眼压信号的监测。在本工作中，我们提出了一种基于微液滴的LC无源触觉传感器，通过外力改变器件共振频率，并通过远程耦合的电磁变化进行测量。需要指出的，基于微液滴的电容式传感单元采用高介电常数的小液滴作为感测元件，传感器的整体电容变化主要取决于传感液滴的几何特征(如直径和高度)变化。相比之下，以前报道的LC无源传感器只能响应两个平行板之间的高度变化，因此灵敏度提高的空间有限。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于微液滴的全柔性无源压力传感器及其制造方法及其检测方法，在外部负载作用下，传感器的柔性覆盖膜发生弯曲形变，压迫内部的感测液滴向四周扩展，从而改变设备的电容值；将谐振频率的相应变化转换为可由外部电磁耦合线圈检测的信号，传感器具有灵敏性高，可靠重复性，高稳定性，检测方便，检测精度高的优点。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：基于微液滴的全柔性无源压力传感器，包括：形成感应腔室的两层导电电极，滴于感应腔室内的感测液滴，设于感应腔室两侧的传感器线圈，设于传感器线圈内的间隔层，覆盖导电电极和传感器线圈的柔性覆盖膜，感应腔室内设有供感测液滴扩展的空间。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，导电电极和传感器线圈为导电金属制成。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，传感器线圈包括：上半线圈，下半线圈，设于上半线圈和下半线圈之间的折叠部。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，感测液滴为高介电常数的液体。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，柔性覆盖膜为高分子薄膜。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，间隔层为丙烯酸类双面胶带。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，柔性覆盖膜的厚度范围为5-300μm，导电电极的厚度范围为1-20μm，间隔层的厚度范围为50-250μm。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器的制造方法，包括如下步骤：步骤一，准备一块覆盖导电金属的柔性覆盖膜；步骤二，将丝网掩模放置在覆盖导电金属的柔性覆盖膜上，然后在丝网掩膜的表面印刷油墨，随后使用刮板在丝网表面上移动，在此期间，油墨穿过丝网掩模的细网孔附着在导电金属电极表面；步骤三，把丝网从薄膜上取下后，将样品在100℃下加热，使油墨固化；步骤四，将样品浸入金属蚀刻溶液中以蚀刻掉基底暴露的金属，然后用甲基乙基酮溶液除去油墨，获得柔性薄膜上的导电金属图案；步骤五，采用台式二氧化碳脉冲激光蚀刻仪对胶带进行蚀刻，以形成圆环状的胶带腔壁；步骤六，将聚酰亚胺膜按照导电金属图案进行对准，形成对折线和感应腔室；步骤七，通过微量移液管将的高介电常数的液体滴置于感应腔室中；步骤八，按照对折线对折，完成包装。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器的制造方法，高介电常数的液体的体积范围为0.3-2μL。前述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，导电电极和感测液滴作为可变电容器Cs，两侧的传感器线圈和间隔层作为两个电感器Ls1和Ls2；根据法拉第的感应定律，两个电感之间有一个互感LM；串联电阻Rs表示来自电极的电阻；步骤二，为了无线测量LC液滴传感器，具有串联电阻Rr的读取线圈Lr与传感器的两个平面电感通过互感LM1和LM2耦合；从传感器的电容和电感得到的谐振频率fs可以表示为：步骤三，根据已知变压器方程，可以通过监测外部线圈Lr的阻抗/相位损耗来检测谐振频率fs；使用相位法来描述传感器的谐振频率fs与读取线圈的阻抗相位最小值的频率fphase-mim之间的关系：其中，k是传感器线圈和读取线圈的耦合系数，Q表示LC感测装置的品质因数；因此，一旦耦合系数和品质因数为常数，谐振频率与fphase-mim正比。本专利技术的有益之处在于：本专利技术提供一种基于微液滴的全柔性无源压力传感器及其制造方法及其检测方法，在外部负载作用下，传感器的柔性覆盖膜发生弯曲形变，压迫内部的感测液滴向四周扩展，从而改变设备的电容值；将谐振频率的相应变化转换为可由外部电磁耦合线圈检测的信号。本专利技术引入了具有高介电常数的微米液滴，为传感器提供了几十皮法的大电容值，使得传感器在高频激励下具有更强的抗寄生电容的能力，并且显着提高测量精度。具体表现为：器件灵敏度高达2.72MHzN-1；器件的LC电路中品质因数高达35；在0到1.56N的负载作用下，传感器具有可靠重复性；在的温度范围内，传感器具有高稳定性。附图说明图1是本专利技术传感器的一种实施例的原理图；图2是本专利技术传感器的一种实施例的等效电路图；图3本专利技术制造工艺的一种实施例的流程图；图4是本专利技术柔性覆盖膜上的电极图案示意图；图5是本专利技术传感器线圈的品质因数的频率依赖性示意图；图6是本专利技术理论模拟在1.8N的法向力下感测膜的变形示意图；图7是本专利技术对法向力的电容响应的实验测量点和理论预测线；图8是本专利技术感测装置受到不同外力时，读出线圈的相位响应；图9是本专利技术传感器谐振频率与外部负载的关系曲线；图10是本专利技术电容输出和施加的力随时间变化曲线；图11是本专利技术温度对无线传感器件谐振频率的影响，标准偏差(n＝3)；图中附图标记的含义：1导电电极，2感测液滴，3传感器线圈，301上半线圈，302下半线圈，303折叠部，4间隔层，5柔性覆盖膜，6空间，7丝网掩膜，8油墨。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。基于微液滴的全柔性无源压力传感器，包括：形成感应腔室的两层导电电极1，滴于感应腔室内的感测液滴2，设于感应腔室两侧的传感器线圈3，设于传感器线圈3内的间隔层4，覆盖导电电极1和传感器线圈3的柔性覆盖膜5，感应腔室内设有供感测液滴2扩展的空间6。传感器线圈3包括：上半线圈301，下半线圈302，设于上半线圈301和下半线圈302之间的折叠部303；上班线圈和下班线圈由覆盖铜的聚酰亚胺膜(Cu-PI膜)作出铜图案后再折叠实现。作为一种优选，两个导电电极1为两个实心同心圆。导电电极1和传感器线圈3为导电金属制成，作为一种实施例，可采用铜、铝、金、银等。感测液滴2为高介电常数的液体，作为一种实施例，可以采用甘油、硅油、水及水的混合液、凝胶等。柔性覆盖膜5可以是为高分子薄膜，如聚酰亚胺等聚脂类高分子物。间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，包括：形成感应腔室的两层导电

【技术特征摘要】
1.基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，包括：形成感应腔室的两层导电电极，滴于上述感应腔室内的感测液滴，设于上述感应腔室两侧的传感器线圈，设于上述传感器线圈内的间隔层，覆盖上述导电电极和传感器线圈的柔性覆盖膜，上述感应腔室内设有供感测液滴扩展的空间。2.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述导电电极和传感器线圈为导电金属制成。3.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述传感器线圈包括：上半线圈，下半线圈，设于上述上半线圈和下半线圈之间的折叠部。4.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述感测液滴为高介电常数的液体。5.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述柔性覆盖膜为高分子薄膜。6.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述间隔层为丙烯酸类双面胶带。7.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器，其特征在于，上述柔性覆盖膜的厚度范围为5-300μm，导电电极的厚度范围为1-20μm，上述间隔层的厚度范围为50-250μm。8.根据权利要求1所述的基于微液滴的全柔性无源压力传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，准备一块覆盖导电金属的柔性覆盖膜；步骤二，将丝网掩模放置在覆盖导电金属的柔性覆盖膜上，然后在丝网掩膜的表面印刷油墨，随后使用刮板在丝网表面上移动，在此期间，油墨穿过丝网掩模的细网孔附着在导电金属电极表面；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宝清，陈新建，刘坚，姚婷，张忆秋，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32