一种无线压力传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种无线压力传感器及其制作方法，无线压力传感器包括织物隔板；所述织物隔板的一侧设有多个呈阵列分布的无源天线，织物隔板的另一侧设有多个铁氧体薄膜；所述铁氧体薄膜与无源天线一一对应设置，位置相互对准。本发明专利技术能够通过铁氧体薄膜集中吸收来自无源天线的磁能，从而有效提高了器件的灵敏度，避免导电材料的干扰。

A Wireless Pressure Sensor and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种无线压力传感器及其制作方法
本专利技术涉及一种无线压力传感器及其制作方法，属于传感器

技术介绍
电子纺织品的发展是生物医学和机器人技术的一个活跃的研究领域，基于这项技术的设备具有很大的物理柔性，出色的耐磨性，并且易于与各种织物基材集成，这是传统电子设备无法实现的。电子纺织压力传感器已被用于各种应用，例如：可穿戴健康监测，智能家居护理，医疗诊断和人体运动检测。目前已经引入了基于电容、电阻和压电测量的不同传感机理的传感器来研发电子纺织品。例如：R.Li等人，研发了一种基于织物的电容式压力传感器，通过组装一个柔性离子导电聚合物夹在两层导电织物之间，以监测柔软表面的压力分布。Lee的研究小组研发了一种缝制的基于织物的电容式压力传感器手套，通过检测压力来控制四旋翼运动。然而，在这个研究领域仍有几个关键问题需要解决，包括布线的复杂性，弹性差以及环境变化引起的信号波动等问题，这限制了智能电子纺织设备的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无线压力传感器及其制作方法，解决现有技术中无线压力传感器灵敏度不高，存在导电材料干扰的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种无线压力传感器，包括织物隔板；所述织物隔板的一侧设有多个呈阵列分布的无源天线，织物隔板的另一侧设有多个铁氧体薄膜；所述铁氧体薄膜与无源天线一一对应设置，位置相互对准。结合第一方面，进一步的，所述无源天线包括基板、设于基板上的电感器和电容器；所述电感器与所述电容器串联构成LC谐振器，所述电感器与外部接收器线圈耦合，实现压力信号无线传输。结合第一方面，进一步的，所述电感器为呈螺旋状分布于所述基板上的感应线圈。结合第一方面，进一步的，所述基板为双面覆铜层的PI膜，所述电容器与其中一个铜层电连接，电感器与另一铜层电连接，两铜层通过通孔铜电镀连接。结合第一方面，进一步的，所述铁氧体薄膜的磁导率大于100。第二方面，本专利技术实施例提供了一种无线压力传感器的制作方法，其特征在于，所述传感器包括：织物隔板和分设于织物隔板两侧的无源天线、铁氧体薄膜；所述方法包括如下步骤：在所述织物隔板上创建双面对准标记；在织物隔板的其中一个侧面上根据对准标记固定无源天线；在织物隔板的另一侧面上与无源天线相对准的固定铁氧体薄膜。结合第二方面，进一步的，所述无源天线的制作方法包括：选取双面覆铜层的PI膜作为基板，使两铜层保持电连接；分别对两铜层进行图案化；将电感器、电容器分别固定于两铜层上，并与相应铜层保持电连接，实现电感器和电容器串联连接。结合第二方面，进一步的，通过设置通孔铜的方法实现两铜层的电连接。结合第二方面，进一步的，所述图案化的方法包括：标准丝网印刷法和湿法蚀刻法。结合第二方面，进一步的，所述方法还包括采用激光微加工技术将所述铁氧体薄膜、无源天线划分为大小一致的单一形状。与现有技术相比，本专利技术提供的无线压力传感器及其制备方法所达到的有益效果包括：无线压力传感器设置了铁氧体薄膜能够集中吸收来自无源天线的磁能，从而有效提高器件的灵敏度，避免导电材料的干扰。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种无线压力传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的无线压力传感器阵列的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种无源天线的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的织物隔板发生机械变形前后的对比图；图5是本专利技术实施例提供的无线压力传感器的谐振频率与接收器线圈的相位的关系曲线；图6是最大相位下降与无线传感器和读出天线之间的间隔距离的实验结果图；图7是四种感应线圈匝数不同的无线压力传感器在零压力下的谐振频率对比图；图8是对于图7提供的四种无线压力传感器在不同压力下的谐振频率对比图；图9是织物隔板采用不同针脚密度的两个无线压力传感器在不同压力下的谐振频率对比图；图10是采用高磁导率铁氧体薄膜、低磁导率铁氧体薄膜、铝箔和湿擦拭物的无线压力传感器的相频谱；图11是无线压力传感器性能可靠性评估相关曲线；图12是无线压力传感器对环境影响的表征曲线；图13是2*2无线压力传感器用于监测人体运动所产生的监测结果图；图14是本专利技术实施例提供的压敏鞋垫的结构示意图；图15是在0～100千帕的压力范围内压敏鞋垫的八个传感器的特征谐振频率-压力响应关系图；图16是将压敏鞋垫装入舞鞋后，用户保持直立或踮脚尖姿势时足底压力分布对比图；图17是压敏鞋垫的应力-应变关系曲线；图18是5kPa机械负载时的时间响应曲线；图19是采用本专利技术实施例提供的无线压力传感器制备的腰带；图20是图19提供的腰带的使用方法；图21是传感器在智能腰带中的实用性。展示了“松散”，“恰到好处”。“高度紧张”状态的压力强度；图22是传感器在智能腰带中的实用性。志愿者深呼吸进出的压力变化；图中：1、无源天线；101、电感器；102、电容器；2、织物隔板；3、铁氧体薄膜。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。如图1所示，本专利技术提供的无线压力传感器，包括织物隔板2，织物隔板的上表面分布有多个无源天线1，织物隔板的下表面分布有多个铁氧体薄膜3，所述无源天线1与铁氧体薄膜3一一对应设置，形状大小均相同，位置相互对准。如图2所示，无源天线1包括基板、电容器和电感器。具体的，基板采用双面覆铜的PI膜，电感器呈螺旋状平铺于所述PI膜上，电感器与所述电容器串联构成LC谐振器，电容器与PI膜的其中一个铜层电连接，电感器与另一铜层电连接，两铜层通过通孔铜电镀连接。无源天线的两电极侧层压聚酰亚胺薄膜，通过粘合剂层粘贴于基板上。电感器与外部接收器线圈耦合，实现压力信号无线传输。铁氧体薄膜用于集中吸收来自无源天线的磁能，避免导电材料的干扰，从而有效提高无线压力传感器的灵敏度，为此，考虑到友谊的灵敏度和高信噪比的性能，本专利技术实施例所选用的铁氧体薄膜的磁导率为150。为提高本专利技术的佩戴舒适度，并具有良好的柔韧度，织物隔板选用高密度单丝纱线制成。在外部压力下，柔性织物隔板的机械压缩将导致电感发生变化，其可以通过耦合外部线圈接收器而进一步转换为谐振频率的可检测偏移量。本实施新型实施例提供的无线压力传感器具有超高磁导率的铁氧体薄膜，集中吸收了来自无源天线的磁能，从而有效提高了无线压力传感器的灵敏度，避免导电材料的干扰，在0～20kPa的压力范围内证明了无线压力传感器的性能具有高品质因数(QF＞35)和灵敏度(-0.19MHzkPa-1)。此外，无线压力传感器在各种机械负载，超过20000次循环的周期性压力，温度波动(15～103℃)和湿度变化(40％至99％)下实现了出色的重现性。作为人类交互式感知的概念证明，无线压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线压力传感器，其特征在于，包括织物隔板；所述织物隔板的一侧设有多个呈阵列分布的无源天线，织物隔板的另一侧设有多个铁氧体薄膜；所述铁氧体薄膜与无源天线一一对应设置，位置相互对准。

【技术特征摘要】
1.一种无线压力传感器，其特征在于，包括织物隔板；所述织物隔板的一侧设有多个呈阵列分布的无源天线，织物隔板的另一侧设有多个铁氧体薄膜；所述铁氧体薄膜与无源天线一一对应设置，位置相互对准。2.根据权利要求1所述的无线压力传感器，其特征在于，所述无源天线包括基板、设于基板上的电感器和电容器；所述电感器与所述电容器串联构成LC谐振器，所述电感器与外部接收器线圈耦合，实现压力信号无线传输。3.根据权利要求2所述的无线压力传感器，其特征在于，所述电感器为呈螺旋状分布于所述基板上的感应线圈。4.根据权利要求2所述的无线压力传感器，其特征在于，所述基板为双面覆铜层的PI膜，所述电容器与其中一个铜层电连接，电感器与另一铜层电连接，两铜层通过通孔铜电镀连接。5.根据权利要求1所述的无线压力传感器，其特征在于，所述铁氧体薄膜的磁导率大于100。6.一种无线压力传感器的制作方法，其特征在于，所述传感器包括：织物隔板和分设于织...

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