用于气动压力测量的微流体柔性传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中。

Microfluidic flexible sensor for pneumatic pressure measurement

The utility model provides a micro-fluid flexible sensor for pneumatic pressure measurement, which comprises two layered substrates, wherein a main channel and a shunt channel are arranged on one side of the first substrate facing the second substrate, and the two ends of the main channel are respectively connected with a conductive liquid injection port, which extends to the second substrate. The first substrate is away from the side of the second substrate; the shunt channel has a plurality of channels, one end of each shunt channel is respectively connected with different positions of the main channel, the other end extends away from the main channel and is a closed end; the second substrate faces one side of the first substrate and has a cavity with two independent capacitive electrodes. The cavity faces one side of the first substrate as an open surface; after the first substrate and the second substrate are stacked, the conductive liquid and the electrode are encapsulated in two substrates.

【技术实现步骤摘要】
用于气动压力测量的微流体柔性传感器
本技术涉及用于测量应力应变的传感器，尤其涉及可用于飞行器表气动压力传感器。
技术介绍
随着技术发展，目前飞行器表面气动压力测量的常用传感器有光纤光栅传感器、MEMS硅压阻式传感器的压力精度、分辨率、抗干扰等能力都得到了极大提高。但光纤光栅传感器依旧存在高成本、信号处理困难等不足；常见的MEMS硅压阻式传感器则受温度影响较大，必须设计复杂电路进行温度补偿才能正常使用。本技术提出基于柔性材料的以导电液体作为敏感件的应变式压力传感器可以实现传感器与曲面的有效贴合；在测量的同时，因为所述传感器较薄的厚度以及与表面的高度贴合性，传感器的存在对于测量环境的影响相较于其他大部分传感器对于测量环境的影响更小。Whitey首先在1949年提出将导电液体注入柔性材料中以实现应变测量的惠特尼应变计1。目前的惠特尼式的应变计设计主要以生物相容性更好的聚二甲基硅氧烷(PDMS)代替了橡胶，并以无毒的镓基合金代替了剧毒物水银2。目前嵌入式微流体柔性应变传感器设计在较低外部应力应变的情况，单位外部应力应变下传感器敏感件的电阻变化量较小3，而且目前嵌入式微流体柔性应变传感器内部容纳液体的结构较为单一，主要为直线流道和“蛇形”流道4。采用所述“主流道-分流道”设计的嵌入式微流体柔性应变传感器在单位压力下可以获得更大的电阻变化量，无需复杂的辅助电路，有利于传感器的网络化。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于，提供一种成本较低、易于传感器网络化、可以实现测量曲面或者平面的表面气动压力的压力传感器；在测量的同时，因为所述传感器较薄的厚度以及与表面的有效贴合，传感器的存在对于测量环境的影响相较于其他大部分传感器对于测量环境的影响更小，如安装在机翼表面测量气动压力的情况等。为了解决上述的技术问题，本技术提供了一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中；其中所述导电液体在主流道中流动时，其与主流道底面的接触角大于90°，并且所述主流道的横截面与分流道的横截面满足如下关系：其中L1、H1分别为主流道横截面的宽度和高度，L2、H2分别为分流道横截面的宽度和高度。在一较佳实施例中：所述腔室在第一基底中的投影面积覆盖一部分主流道，使得所述主流道内的导电液体直接与电极接触。在一较佳实施例中：单位体积的导电液体在所述分流道结构中对于总电阻的影响小于主流道中单位体积的液体对于总电阻影响。在一较佳实施例中：所述分流道与主流道连通的那一端，对主流道内的导电液体施加毛细管压力，所述导电液体内部压力低于毛细管压力时，导电液体不会进入分流道。在一较佳实施例中：所述主流道包括3段沿着基底宽度方向平行间隔设置的竖直流道，所述竖直流道沿着基底的长度方向延伸；还包括将两段竖直流道的首尾相连的水平流道。在一较佳实施例中：所述分流道沿着竖直流道的长度方向均匀间隔分布，并沿着竖直流道的宽度方向对称设置。相较于现有技术，本技术的技术方案具备以下有益效果：1.在一块带有电极结构的柔性材料的内部注入与电极接触的导电液体，当柔性材料在外界压力发生变形时，导电液体随之变形，根据外界压力与柔性材料变形的耦合关系可知，通过电极测量导电液体的电阻后可知导电液体的变形情况从而对外界压力进行传感。从而实现了对气动压力的测量。2.为了扩大电极测得的电阻变化，增加传感器灵敏度，可在既有的基础上，在柔性材料的内部空腔中增加“主流道-分流道“设计。当传感器受外界压力，柔性材料发生变形后，导电液体可以从主流道中转移到对于电阻影响更小的分流道内，从而扩大了电阻变化，增加了传感器灵敏度。3.在传感器不受外界作用时，导电液体必须从分流道中回到主流道。在此通过选择接触角与柔性材料大于90度的导电液体，引入对毛细管压力的利用。当分流道内液体受到的毛细管压力大于液体的内压时，液体即从分流道中退出，电阻回到传感器不受外界压力时的初始状态。附图说明下面将参照附图对所述传感器的某种易实现的实施例进行描述，附图中：图1为本技术优选实施例中传感器的整体示意图；图2为本技术优选实施例中第一基底的示意图；图3为本技术优选实施例中第二基底的示意图；图4为本技术优选实施例中电极的示意图；具体实施方式参照附图1-4，提供一种用于压力测量的压力传感器，包括两个层叠设置的基底；其中，第一基底1朝向第二基底2的一面设置有主流道102和分流道103，所述主流道102的首尾两端分别连接一导电液体注射口101，所述注射口101延伸至第一基底1远离第二基底2的那一面；所述分流道103有多个，每一个分流道103的一端分别与主流道102的不同位置连通，另一端向着远离主流道102的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底2朝向第一基底1的一面具有两个独立的容置电极3的腔室201，所述腔室201朝向第一基底1的一侧为开口面；所述第一基底1和第二基底2层叠放置后，所述导电液体和电极3被封装在两个基底之中；并且，所述腔室201在第一基底1中的投影面积覆盖一部分主流道102，使得所述主流道102内的导电液体直接通过开口面与电极3接触。所述导电液体在主流道102中流动时，其与主流道102底面的接触角大于90°，并且所述主流道102的横截面与分流道103的横截面满足如下关系：其中L1、H1分别为主流道102横截面的宽度和高度，L2、H2分别为分流道103横截面的宽度和高度。这样设置后，所述分流道103与主流道102连通的那一端，对主流道102内的导电液体施加毛细管压力，所述导电液体内部压力低于毛细管压力时，导电液体不会进入分流道103。因此，在基底没有受到额外的外界压力时，导电液体不会流入分流道103中，或者只有很少的一部分流入分流道103中。而当基底受到外界压力时，导电液体可以从主流道102转移至分流道103中，由于单位体积的导电液体在所述分流道103结构中对于总电阻的影响小于主流道102中单位体积的液体对于总电阻影响。从而扩大了电阻变化的范围，增加了传感器灵敏度。在撤销外界压力以后，导电液体在表面张力作用下将回到条件允许的表面能最低的情形，导电液体在表面张力的作用下，在主流道102和分流道103中重新分布后，回到初始的平衡状态。本实施例中，所述主流道102包括3段沿着基底宽度方向平行间隔设置的竖直流道，所述竖直流道沿着基底的长度方向延伸；还包括将两段竖直流道的首尾相连的水平流道。所述分流道103沿着竖直流道的长度方向均匀间隔分布，并沿着竖直流道的宽度方向对称设置。这个仅为主流道102和分流道103的一种设计形态而已，本领域的技术人员可以使用其它形态的主流道102和分流道103的设计，属于本实施例的简单替换，一样属于本技术的保护范围。上述的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，其特征在于包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中；其中所述导电液体在主流道中流动时，其与主流道底面的接触角大于90°，并且所述主流道的横截面与分流道的横截面满足如下关系：

【技术特征摘要】
1.一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，其特征在于包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中；其中所述导电液体在主流道中流动时，其与主流道底面的接触角大于90°，并且所述主流道的横截面与分流道的横截面满足如下关系：其中L1、H1分别为主流道横截面的宽度和高度，L2、H2分别为分流道横截面的宽度和高度。2.根据权利要求1所述的一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，其特征在于：所述腔室在第一基底中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿新林，李嘉廷，王奕首，杨晓峰，孙虎，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35