叠层传感器装置及其制造方法制造方法及图纸

一种传感器装置包括：具有顶层、底层和至少一个中间层的第一个多层，上述中间层具有电导体层，顶层、底层和至少一个中间层中的每一个被设置成与相应的相邻层直接接触。第二个多层被设置成与第一个多层直接接触，使得第二个多层的底层被设置成与第一个多层的顶层直接接触。第一个多层和第二个多层在没有外部电流产生装置的情况下并且响应于被变形而产生压电电压，以及响应于被变形而产生电容变化。

Laminated sensor device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】叠层传感器装置及其制造方法
本公开一般涉及感测装置，具体涉及叠层传感器，更具体地涉及叠层泡沫传感器。
技术介绍
软柔性传感器可用于越来越多的应用，例如IoT(物联网)设备、可穿戴物体(例如头盔)、服装和医疗设备等。现有的适形传感器包括封装陶瓷和基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的材料。美国专利第7,301,351号中描述了示例柔性电容式传感器。在美国专利第8,984,954号中描述了一种产生压电响应并且在应变仪测量应用中有用的弹性复合材料。美国专利第9,178,446号中描述了一种示例摩擦电发电机。虽然由这种材料制成的现有材料和传感器可能适合于它们的预期目的，但是与软柔性传感器有关的技术将随着提供具有线性感测特性的双重感测的软柔性传感器而进步。提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。不一定要求承认，也不应解释为任何前述信息构成了相对于本专利技术的现有技术。
技术实现思路
在一个实施方式中，传感器装置包括第一个多层，所述多层具有顶层、底层和至少一个中间层，所述至少一个中间层具有电导体层，顶层、底层和所述至少一个中间层中的每个被设置成与相应的相邻层直接接触。第二个多层被设置成与第一个多层直接接触，使得第二个多层的底层被设置成与第一个多层的顶层直接接触。第一个多层和第二个多层在没有外部电流产生装置的情况下且响应于被变形而产生压电电压，并且第一个多层和第二个多层响应于被变形而产生电容变化。在一个实施方式中，制造前述传感器装置的方法包括：在包括弹性体B层的金属涂覆基底顶上覆上弹性体泡沫A层以形成叠层构造，金属涂覆基底的金属涂覆部分设置在弹性体泡沫A层和弹性体B层之间，弹性体泡沫A层在摩擦电序列上具有第一等级，弹性体B层在摩擦电序列上具有第二等级；在叠层构造顶上覆上第二个金属涂覆基底，并在第二个金属涂覆基底的金属涂覆部分顶上覆上第二个弹性体泡沫A层以形成多个叠层构造；以及将多个叠层构造固化。在一个实施方式中，制造前述传感器装置的另一种方法包括：在包括弹性体B层的金属涂覆基底顶上覆上弹性体泡沫A层以形成叠层构造，金属涂覆基底的金属涂覆部分设置在弹性体泡沫A层和弹性体B层之间，弹性体泡沫A层在摩擦电序列上具有第一等级，弹性体B层在摩擦电序列上具有第二等级；将叠层构造固化以形成固化叠层构造并提供第一个固化叠层构造；将第二个固化叠层构造附接在第一固化叠层构造顶上，第一和第二固化叠层构造具有顺序相同的层。结合附图，通过以下对本专利技术的详细描述，本专利技术的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。附图说明参考示例性非限制性附图，其中，在附图中相同的元件编号相同：图1以横截面侧视图示出了根据一个实施方式的叠层构造；图2以横截面侧视图示出了根据一个实施方式的多个图1的叠层构造；图3以横截面侧视图描绘了根据一个实施方式的另一叠层构造；图4以横截面侧视图示出了根据一个实施方式的多个图3的叠层构造；图5描绘了根据一个实施方式的比较多个叠层构造的测试实施方式的压电输出电压信号的图表，上述多个叠层构造类似于图4中描绘的实施方式，但具有替选数量的叠层构造；图6以透视图描绘了根据一个实施方式的表示图2中所示的叠层构造或如图4所示的叠层构造的双层布置，。图7以透视图示出了根据一个实施方式的表示图2中所示的叠层构造或如图4所示的叠层构造的三层布置；以及图8描绘了根据一个实施方式的多个叠层构造801，类似于图2、图4、图6和图7中所示的那些，但是如图1所示的第一叠层构造与如图2所示的第二层叠构造交替布置。具体实施方式尽管以下详细描述包含用于说明目的的许多细节，但是本领域普通技术人员将理解，对以下细节的许多变化和改变都在权利要求的范围内。因此，阐述以下示例实施方式而不失一般性，并且不对所要求保护的专利技术施加限制。如各种附图和所附文本所示和描述的实施方式提供了一种具有两种感测模式，压电感测模式和电容感测模式的叠层泡沫感测装置。通过金属和弹性体的相邻层之间的摩擦电效应来实现压电感测模式(即，压电传感器)，并且通过利用相同的金属层和压电传感器的弹性体层的平行板电容器实现电容感测模式(即，电容传感器)。虽然本文中描述和说明的实施方式描述了一定数量的叠层构造作为示例性叠层泡沫感测装置，但应理解，所公开的专利技术不限于此并且包括适用于本文中公开的目的的任何数量的叠层构造。图1描绘了具有多层例如顶层102、底层104和至少一个中间层106的叠层构造100的实施方式。在图1描绘的实施方式中，至少一个中间层106的层是电导体层。顶层102、底层104和电导体层106中的每一个被设置成与相应的相邻层直接紧密接触。如本文中所使用的，直接紧密接触的短语是指在相应界面处某种程度的物理接合的直接物理接触，使得所得到的构造能够以本文中所述的方式进行。图2描绘了四个图1中描绘的叠层构造100，在本文中由附图标记100.1、100.2、100.3和100.4表示，并且由附图标记101统称，每个叠层构造100.1、100.2、100.3、100.4具有如图1所示的叠层构造100的顺序和布置的从上到下依次为层102、106和104的相同的顺序和布置。也就是说，第二叠层构造100.2被设置成与第一叠层构造100.1直接紧密接触，使得第二叠层构造100.2的底层104.2被设置成与第一叠层构造100.1的顶层102.1直接紧密接触。相对于第二叠层构造100.2，对于第三叠层构造100.3重复层102、106和104的相同的顺序和布置，并且相对于第三叠层构造100.3，对于第四叠层构造100.4重复层102、106和104的相同的顺序和布置。虽然图1中描绘的叠层构造100的数量是一个，而在图2中是四个，但是应当理解，本专利技术的范围不限于此并且包括适用于本文中公开的目的的任何数量的叠层构造。也就是说，图2中描绘的多个叠层构造101代表以本文中公开的方式布置的两个、三个、四个或更多个叠层构造100。在图1和2所示的实施方式中，给定叠层构造100的顶层102是在摩擦电序列上具有第一等级的第一弹性体泡沫层，并且给定叠层构造100的底层104是在摩擦电序列上具有第二等级的第二弹性体层。通过利用将中间电导体层106夹在中间的弹性体层102、104，并且通过利用为如图2所示的上下堆叠的顺序布置的至少两个叠层构造100.1、100.2，两个叠层构造在没有外部电流产生装置并且响应于以下文所述的方式变形而产生压电电压，并且响应于以下文所述的方式变形而产生电容变化。在一个实施方式中，第一弹性体层和第二弹性体层102、104具有当层叠成相邻于本文中公开的合适金属时足以产生适合于本文中公开的目的的摩擦电效应的摩擦电序列等级。在图1和图2所示的实施方式中，底层104和中间层106可以以单面金属涂覆的基底的形式提供，其中基底是弹性体，并且在一个实施方式中，基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在本领域中，底层104和中间层106的组合形式被称为单面金属涂覆的PET膜。现在参考图3和图4，图3和图4描绘了分别与图1和图2中描绘的实施方式类似的实施方式，但是现在将描述不同之处。图3描绘了具有多层例如顶层202、底层204和至少一个中间层206的叠层构造200的另一个实施方式。在图3所示的实施方式中，顶层202是在摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器装置，包括：第一个多层，所述多层包括顶层、底层和至少一个中间层，所述至少一个中间层包括电导体层，所述顶层、所述底层和所述至少一个中间层中的每个被设置成与相应的相邻层直接接触；第二个所述多层，被设置成与所述第一个多层直接接触，使得所述第二个多层的底层被设置成与所述第一个多层的顶层直接接触；所述第一个多层和所述第二个多层在没有外部电流产生装置的情况下且响应于被变形而产生压电电压；以及所述第一个多层和所述第二个多层响应于被变形而产生电容变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.01 US 62/465,239;2018.02.23 US 15/903,2041.一种传感器装置，包括：第一个多层，所述多层包括顶层、底层和至少一个中间层，所述至少一个中间层包括电导体层，所述顶层、所述底层和所述至少一个中间层中的每个被设置成与相应的相邻层直接接触；第二个所述多层，被设置成与所述第一个多层直接接触，使得所述第二个多层的底层被设置成与所述第一个多层的顶层直接接触；所述第一个多层和所述第二个多层在没有外部电流产生装置的情况下且响应于被变形而产生压电电压；以及所述第一个多层和所述第二个多层响应于被变形而产生电容变化。2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中：所述多层的顶层是在摩擦电序列上具有第一等级的第一弹性体泡沫层；以及所述多层的底层是在摩擦电序列上具有第二等级的第二弹性体层。3.根据权利要求1至2中任一项所述的传感器装置，其中：所述多层的顶层是在摩擦电序列上具有第一等级的第一弹性体泡沫层；所述至少一个中间层的电导体层是被设置成与所述顶层直接接触的第一电导体层；所述至少一个中间层还包括在摩擦电序列上具有第二等级的第二弹性体层，所述第二弹性体层被设置成在与所述顶层的一侧相对的一侧与所述第一电导体层直接接触；以及所述底层是第二电导体层，被设置成在与所述第一电导体层的一侧相对的一侧与所述第二弹性体层直接接触。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，其中：所述第一个多层和所述第二个多层响应于被第一冲击力变形而产生第一压电电压，响应于被第二冲击力变形而产生第二压电电压，以及响应于被第三冲击力变形而产生第三压电电压；所述第一压电电压、所述第二压电电压和所述第三压电电压与相应的所述第一冲击力、所述第二冲击力和所述第三冲击力具有线性关系。5.根据权利要求2和3中任一项所述的传感器装置，其中：所述第一弹性体泡沫层是未填充的聚氨酯。6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中：所述未填充的聚氨酯是密度等于或大于9磅/立方英尺且等于或小于25磅/立方英尺的聚氨酯泡沫。7.根据权利要求2和3中任一项所述的传感器装置，其中：所述第二弹性体层是聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其中：所述电导体层材料包括镍、铝或银中的至少一种。9.根据权利要求3至4中任一项所述的传感器装置，其中：所述第一电导体层材料和所述第二电导体层材料包括镍、铝或银中的至少一种。10.根据权利要求1至9中任一项所述的传感器装置，还包括：被设置成彼此直接接触以形成顺序重复的叠层构造的第三个或更多个所述多层；所述叠层构造响应于被第一冲击力变形而产生第一压电电压，响应于被第二冲击力变形而产生第二压电电压，以及响应于被第三冲击力变形而产生第三压电电压；所述第一压电电压、所述第二压电电压和所述第三压电电压与相应的所述第一冲击力、所述第二冲击力和所述第三冲击力具有线...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·E·施普伦托尔，特雷弗·波利多尔，罗伯特·莫恩，迈克尔·伦特，威廉·关，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US