异质纤维传感器制造技术

本申请涉及一种异质纤维传感器，包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，感知纤维与传感纤维采用不同材料制备得到，至少一感知纤维与至少一传感纤维之间形成配合结构，感知纤维随检测环境的变化而变形时，带动传感纤维变形以产生信号变化。本申请将不同材料的纤维通过力学结构配合，实现纤维功能之间的同步响应，具有更灵敏的探测、传感性能。

【技术实现步骤摘要】
异质纤维传感器
本申请涉及传感器
，具体涉及一种异质纤维传感器。
技术介绍
目前的纤维传感器大多是采用同质材料制备的可拉伸可形变的柔性传感器，大部分纤维传感器都是通过整体形变或在材料表面搭载传感器件产生电信号，对纤维传感器的结构设计并不多。并且，现有的大多数材料一般无法同时具有良好导电性和良好的变形性能，使得采用同质材料制作的纤维传感器在性能上无法同时兼顾导电性和变形特性。如此，导致现有的纤维传感器的灵敏度和检测精度较低，限制了纤维传感器在可穿戴领域的应用。
技术实现思路
针对上述技术问题，本申请提供一种异质纤维传感器，具有更灵敏的探测、传感性能。为解决上述技术问题，本申请提供一种异质纤维传感器，包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，所述感知纤维与所述传感纤维采用不同材料制备得到，所述至少一感知纤维与所述至少一传感纤维之间形成配合结构，所述感知纤维随检测环境的变化而变形时，带动所述传感纤维变形以产生信号变化。其中，所述感知纤维为形状记忆聚合物纤维、水凝胶纤维、形状记忆聚合物掺杂纤维中的一种，所述传感纤维包含电学材料，所述电学材料为液态金属、压电材料、压阻材料中的一种。其中，所述感知纤维与所述传感纤维之间形成螺旋结构、缠绕结构、面状编织结构中的一种配合结构。其中，所述感知纤维与所述传感纤维之间独立封装。其中，所述感知纤维与所述传感纤维的数量均为一个，所述感知纤维与所述传感纤维构成螺旋结构，所述感知纤维随检测环境的变化而伸缩时，带动所述传感纤维进行拉伸，使所述传感纤维的截面变化以产生电信号变化。其中，所述传感纤维的数量大于或等于两个，所述感知纤维与所述传感纤维交替缠绕于可局部加热的柱状体表面以形成螺旋结构，所述感知纤维随所述柱状体表面的温度变化而伸缩时，推动所述传感纤维移动变形以改变所述传感纤维之间的距离，产生电容变化。其中，所述感知纤维与所述传感纤维的数量均为一个，所述感知纤维与所述传感纤维交替叠加形成面状编织结构，所述感知纤维随检测环境的变化而伸缩时发生弯折，拉伸所述传感纤维进行弯折变形以产生电容变化。其中，所述感知纤维为温控形状记忆聚合物纤维，所述感知纤维的截面直径为50微米-1毫米，所述传感纤维为内部具有液态金属的聚二甲基硅氧烷纤维，所述传感纤维的截面直径为50微米-1毫米。其中，所述传感纤维缠绕于所述感知纤维的表面形成缠绕结构，所述感知纤维随检测环境的变化而膨胀或收缩时，对所述传感纤维进行挤压或释放，使所述传感纤维的表面形变以产生压力信号变化。其中，所述感知纤维为棒状的多臂硫醇化聚乙二醇水凝胶纤维，所述感知纤维的截面直径为5毫米-10毫米，所述传感纤维为内部具有压电材料的聚二甲基硅氧烷纤维，所述传感纤维的截面直径为50微米-1毫米。本申请涉及一种异质纤维传感器，包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，感知纤维与传感纤维采用不同材料制备得到，至少一感知纤维与至少一传感纤维之间形成配合结构，感知纤维随检测环境的变化而变形时，带动传感纤维变形以产生信号变化。本申请将不同材料的纤维通过力学结构配合，实现纤维功能之间的同步响应，具有更灵敏的探测、传感性能。附图说明图1是根据第一实施例示出的异质纤维传感器的侧视图；图2是根据第二实施例示出的异质纤维传感器的侧视图；图3是根据第二实施例示出的异质纤维传感器的横截面示意图；图4是根据第三实施例示出的异质纤维传感器的侧视图；图5是根据第四实施例示出的异质纤维传感器的侧视图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。本申请的异质纤维传感器包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，感知纤维与传感纤维采用不同材料制备得到，至少一感知纤维与至少一传感纤维之间形成配合结构，感知纤维随检测环境的变化而变形时，通过与传感纤维之间的力学配合结构，带动传感纤维变形以产生信号变化。由于感知纤维与传感纤维采用不同材料制备得到，因而可以根据纤维的功能分别选择所需的材料制备成纤维，使得可选择的材料范围更广、种类更丰富，并使得纤维的功能可以得到各自最大的优化。进一步的，通过在感知纤维与传感纤维之间形成配合结构，可以将感知纤维的形变反馈为传感纤维的形变，将检测环境的变化同步转换为传感纤维的信号变化，实现纤维功能之间的同步响应，如此，通过纤维材料的分离与纤维的结构配合，实现了更灵敏的探测、传感性能。感知纤维为环境感知材料，包括但不限于形状记忆聚合物纤维、水凝胶纤维、形状记忆聚合物掺杂纤维以及其它敏感变形材料、掺杂材料。传感纤维包含电学材料，电学材料包括但不限于液态金属、压电材料、压阻材料等可以随形变产生电学信号的材料或器件。由于纤维材料的分离，感知纤维与传感纤维之间可以独立封装，有助于传感器在复杂环境下的使用。实际实现时，可以根据感知纤维与传感纤维所使用的材料、使用环境等对纤维进行封装或不封装，其中，传感纤维可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等具有柔性且绝缘的材料进行封装，从而不影响内部材料的电学性能。感知纤维与传感纤维之间形成的配合结构，包括但不限于螺旋结构、缠绕结构、面状编织结构等线状结构、面状结构或线状结构与面状结构的组合，具体可以根据检测目标、检测环境及所需检测的信号类型进行选择。检测目标可以是环境湿度、环境温度、环境形变等，检测环境可以是特定空间或特定表面，信号类型包括但不限于电阻信号、电流信号、电容信号、压力信号等。通过在感知纤维与传感纤维之间形成配合结构，可以将感知纤维的形变灵敏、准确地反馈为传感纤维的形变，从而将检测环境的变化同步转换为传感纤维的信号变化，实现纤维功能之间的同步响应。实际实现时，感知纤维与传感纤维可以采用纺丝工艺制备得到。纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质纤维传感器，其特征在于，包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，所述感知纤维与所述传感纤维采用不同材料制备得到，所述至少一感知纤维与所述至少一传感纤维之间形成配合结构，所述感知纤维随检测环境的变化而变形时，带动所述传感纤维变形以产生信号变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种异质纤维传感器，其特征在于，包括至少一感知纤维与至少一传感纤维，所述感知纤维与所述传感纤维采用不同材料制备得到，所述至少一感知纤维与所述至少一传感纤维之间形成配合结构，所述感知纤维随检测环境的变化而变形时，带动所述传感纤维变形以产生信号变化。


2.根据权利要求1所述的异质纤维传感器，其特征在于，所述感知纤维为形状记忆聚合物纤维、水凝胶纤维、形状记忆聚合物掺杂纤维中的一种，所述传感纤维包含电学材料，所述电学材料为液态金属、压电材料、压阻材料中的一种。


3.根据权利要求1或2所述的异质纤维传感器，其特征在于，所述感知纤维与所述传感纤维之间形成螺旋结构、缠绕结构、面状编织结构中的一种配合结构。


4.根据权利要求1所述的异质纤维传感器，其特征在于，所述感知纤维与所述传感纤维之间独立封装。


5.根据权利要求1所述的异质纤维传感器，其特征在于，所述感知纤维与所述传感纤维的数量均为一个，所述感知纤维与所述传感纤维构成螺旋结构，所述感知纤维随检测环境的变化而伸缩时，带动所述传感纤维进行拉伸，使所述传感纤维的截面变化以产生电信号变化。


6.根据权利要求1所述的异质纤维传感器，其特征在于，所述传感纤维的数量大于或等于两个，所述感知纤维与所述传感纤维交替缠绕于可局...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，付浩然，张柏诚，唐瑞涛，周涛，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33