一种柔性曲率传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性曲率传感器，包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括敏感栅、柔性基底和引出线，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对压合而成，敏感栅的测量栅完全重合。本发明专利技术是采用传统的接触式测量方法，利用应变片的制作原理和加工工艺设计制作的曲率传感器，可以通过接触被测量件的方式得到物体的曲率，实现过程和结构都很简易，制作成本低，经济性和实用性都很强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量
，主要用于直接测量物体的曲率，具体地涉及一种柔性曲率传感器及其制备方法。
技术介绍
结构的曲率是一个非常重要的几何参数，其准确的测量在很多方面有着重要的意义，从医学上人眼角膜测量和儿童呼吸的监测，到运动员训练中关节运动姿态的记录等可穿戴电子的研发，再到大型工件如船体、汽车覆盖件的制作，大型工程施工、重要基建设施质量的保证等都有体现。但是直接用于测量曲率的传感器并不多见，因此专利技术设计一种曲率传感器在物体形貌测量、工件尺寸测量、机器人技术、医疗健康监测等方面都有着广泛的应用。传统的接触式测量法往往是利用测量工具与工件表面直接接触得出数据，例如游标卡尺、千分尺等等。这些测量仪器虽然使用原理简单，但是操作起来极不方便，不适合在工作环境中使用。目前，曲率测量主要使用非接触式的光学方法，例如利用光纤光栅测量、激光测距、激光干涉和图像分析等技术设计制作的传感器。此外，还有利用磁场定位原理的磁学测量法和声学测量法等方法。而这些方法大多数实现过程比较复杂，设计制作成本比较高，使用范围有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，现有曲率测量工具实现过程和结构都很复杂，制作成本高，经济性和实用性不强的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供一种柔性曲率传感器，包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括敏感栅、柔性基底和引出线，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合在一起，敏感栅的测量栅完全重合。本专利技术提供另一种柔性曲率传感器，包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括2个测量方向相互垂直的敏感栅、柔性基底和引出线，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对压合在一起，敏感栅完全重合。进一步，所述应变片敏感栅材质为康铜箔，基底和保护层材质为酚醛环氧树脂，引出线为细铜丝。本专利技术提供一种柔性曲率传感器的制备方法，包括如下步骤：a)将箔材剪裁成大于光刻版的尺寸，除去箔材表面的油脂和脏物；b)用胶黏剂旋涂于箔材上制作胶膜基底；c)采用传统的光刻方法制作2个的相同的应变片；d)将2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合在一起，其中敏感栅的测量栅完全重合；e)将成品进行灵敏度系数的标定。进一步，所述步骤a)具体为：1)将康铜箔剪裁成大于光刻版的尺寸；2)采用丙酮溶液除去箔材表面的油脂和脏物；所述步骤b)具体为：1)选择酚醛环氧树脂作为胶黏剂，用旋涂的方法使箔材表面的胶液分布均匀；2)水平台上晾置、干燥，在150℃的温度下保持约2个小时，直到其固化；所述步骤c)具体为：1)采用光刻技术，经涂胶、前烘、曝光、显影之后，用三氯化铁溶液将箔材刻饰成敏感栅；2)用高倍显微镜对制作好的应变片进行外形检查；3)用稀释的三氯化铁溶液作腐蚀剂，将应变片阻值调整到120Ω；4)去除光刻胶之后，采用贴膜法在敏感栅上覆盖一层保护膜；5)焊接端头接线；6)按照基底上的尺寸标志进行剪裁，之后进行规格及电阻值的检查；所述步骤d)具体为：1)在基底上旋涂胶黏剂之后采用升温加压的方式将2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合在一起，其中敏感栅的测量栅完全重合。本专利技术提供另一种柔性曲率传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将箔材剪裁成大于光刻版的尺寸，除去箔材表面的油脂和脏物；b)用胶黏剂旋涂于箔材上制作胶膜基底；c)采用传统的光刻方法制作2个的相同的应变片；所述每个应变片包括2个测量方向相互垂直的敏感栅；d)将2个应变片以基底相对压合在一起，敏感栅完全重合；e)将成品进行灵敏度系数的标定。进一步，所述步骤a)具体为：1)将康铜箔剪裁成大于光刻版的尺寸；2)采用丙酮溶液除去箔材表面的油脂和脏物；所述步骤b)具体为：1)选择酚醛环氧树脂作为胶黏剂，用旋涂的方法使箔材表面的胶液分布均匀；2)水平台上晾置、干燥，在150℃的温度下保持约2个小时，直到其固化；所述步骤c)具体为：1)采用光刻技术，经涂胶、前烘、曝光、显影之后，用三氯化铁溶液将箔材刻饰成敏感栅；每个应变片包括2个测量方向相互垂直的敏感栅；2)用高倍显微镜对制作好的应变片进行外形检查；3)用稀释的三氯化铁溶液作腐蚀剂，将应变片阻值调整到120Ω；4)去除光刻胶之后，采用贴膜法在敏感栅上覆盖一层保护膜；5)焊接端头接线；6)按照基底上的尺寸标志进行剪裁，之后进行规格及电阻值的检查；所述步骤d)具体为：1)在基底上旋涂胶黏剂之后采用升温加压的方式将2个应变片以基底相对，压合在一起，其中敏感栅完全重合。进一步，所述步骤e)具体为：1)分别测量已知曲率半径的被测件，通过万用表来读取电阻的改变值；2)画出曲率半径和电阻变化值之间的关系图；3)用最小二乘法进行线性拟合得到整个曲率传感器的灵敏度系数。本专利技术与现有技术相比的技术效果：本专利技术采用传统的接触式测量方法，利用应变片简易的制作原理和成熟的加工工艺设计制作的曲率传感器，可以通过接触被测量件的方式直接测量得到物体的曲率，实现过程和结构都很简易，制作成本低，经济性和实用性都很强。附图说明图1为本专利技术应变片的一种结构示意图。图2为本专利技术曲率传感器的一种结构示意图。图3为图2的敏感栅放大图。图4为本专利技术曲率传感器的制备流程图。图5为本专利技术曲率传感器的另一种结构示意图。具体实施方式下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。实施例一：本专利技术提供了如附图1-3所示的一种柔性曲率传感器，包括2个压合在一起的应变片；每个应变片包括柔性基底1、敏感栅2和2根引出线3。其中敏感栅2包括测量栅21，过渡栅22和焊接栅23。测量栅部分完全重合是为了消除基底受拉伸时产生的应变，过渡栅与测量栅垂直是为了消除过渡栅电阻变化对整个曲率测量的影响。其中一个应变片旋转180°是为了使两过渡栅位置错开，进而使焊点位置错开使局部厚度不至于过厚，便于封装。进一步，敏感栅材质为康铜箔，柔性基底1材质为酚醛环氧树脂，引出线3为细铜丝。本专利技术利用柔性基底表面某一点的应变与这一点的曲率成正比这一特点，通过重叠的应变片贴合被测件时产生弯曲变形，来直接测量产生的拉(压)应变，间接得出被测件的曲率。另外测量过程中受拉伸一侧的应变片产生的应变由两部分构成：εs＝εR+εM，其中εR为弯曲产生的应变，εM为膜受拉神产生的应变；受压缩一侧的应变片产生的应变也由两部分构成：εc＝-εR+εM。采用重叠应变片的方式，利用两侧应变片应变之差消除由基底膜受拉伸产生的应变，可以直接测得弯曲曲率。如图4所示，本专利技术还提供一种柔性曲率传感器的制备方法，包括如下步骤：a)将箔材剪裁成大于光刻版的尺寸，除去箔材表面的油脂和脏物；b)用胶黏剂旋涂于箔材上制作胶膜基底；c)采用传统的光刻方法制作2个的相同的应变片；d)将2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合在一起，其中敏感栅的测量栅完全重合；e)将成品进行灵敏度系数的标定。进一步，步骤a)具体为：1)本专利技术选取应变片常用的箔材康铜箔(铜镍合金，其中铜59％，镍40％，锰1％)，将康铜箔剪裁成大于光刻版的尺寸；2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性曲率传感器，其特征在于：包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括敏感栅、柔性基底和引出线，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合而成，敏感栅的测量栅完全重合。

【技术特征摘要】
1.一种柔性曲率传感器，其特征在于：包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括敏感栅、柔性基底和引出线，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合而成，敏感栅的测量栅完全重合。2.一种柔性曲率传感器，其特征在于：包括2个压合在一起的应变片；所述每个应变片包括2个测量方向相互垂直的敏感栅、柔性基底，所述敏感栅位于柔性基底中央,上面覆盖有保护层，所述敏感栅连接2根引出线；2个应变片以基底相对，完全重合。3.如权利要求1或2所述的一种柔性曲率传感器，其特征在于：所述应变片敏感栅材质为康铜箔，基底和保护层材质为酚醛环氧树脂，引出线为细铜丝。4.一种如权利要求1所述的柔性曲率传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将箔材剪裁成大于光刻版的尺寸，除去箔材表面的油脂和脏物；b)用胶黏剂旋涂于箔材上制作胶膜基底；c)采用传统的光刻方法制作2个的相同的应变片；d)将2个应变片以基底相对，其中一个旋转180°后压合在一起，其中敏感栅的测量栅完全重合；e)将成品进行灵敏度系数的标定。5.一种如权利要求2所述的柔性曲率传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将箔材剪裁成大于光刻版的尺寸，除去箔材表面的油脂和脏物；b)用胶黏剂旋涂于箔材上制作胶膜基底；c)采用传统的光刻方法制作2个的相同的应变片；所述每个应变片包括2个测量方向相互垂直的敏感栅；d)将2个应变片以基底相对压合在一起，其中敏感栅完全重合；e)将成品进行灵敏度系数的标定。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体为：1)将康铜箔剪裁成大于光刻版的尺寸；2)采用丙酮溶液除去箔材表面的油脂和脏物；所述步骤b)具体为：1)选择酚醛环氧树脂作为胶黏剂，用旋涂的方法使箔材表面的胶液分布均匀；2)水平台上晾置、干燥，在1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏业旺，刘浩，陈玉丽，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11