敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列及其制备方法，该传感器阵列包括二端阻性敏感器件、导电材料、上衬底、下衬底和织物基底；所述下衬底为有一面布满圆毛的魔术贴，上衬底为有一面布满钩毛的魔术贴，二端阻性传感单元之间以共用行列线的形式连接并固定于织物基底表面；二端电极单元由导电材料上穿过下衬底并在特定圆形区域内盘成二维螺旋状的下接触电极；二端阻性敏感单元的两个金属丝引脚下穿过上衬底并在特定圆形区域内盘成二维螺旋状的上接触电极；为保持良好接触，每个二端电极单元的两个下接触电极与二端阻性敏感单元的两个上接触电极分别正对贴合。本发明专利技术具有敏感单元可更换、阵列传感功能多样化和重复使用的优点。化和重复使用的优点。化和重复使用的优点。

【技术实现步骤摘要】
敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]触觉传感设备通过获取的重量、形状、压力和温度等信息，能够执行高精度、高复杂度工作，还能准确检测外部环境和目标物，并对外部刺激迅速做出反应。目前，科研人员针对传统的触觉传感器受到较大的弯曲或拉伸时容易损坏的问题，提出了一种采用柔弹性衬底、导电织物等材料制作的电子皮肤，该传感器可较好的贴合于物体表面从而模仿人类皮肤随身体运动而弯曲拉伸，实现压力、温度等信息的测量。柔弹性阵列式触觉传感器阵列作为电子皮肤的一种，能够附着于不同待测物体表面，实现物体形状、表面纹理、粗糙度、振动、压力和滑动等信息的感知，在智能机器人、医疗诊断和仿生假肢等方面具有广阔的应用前景。虽然柔弹性阵列式触觉传感器阵列在敏感原理、制备工艺、测量电路等方面研究取得较大进步，但大多利用3D打印、丝网印刷、溶胶
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凝胶和电泳沉积等集成化方法制备，成本高且制作后敏感单元难以更换，如果出现有传感单元损坏，会导致整个传感器不能使用，只能报废处理；为了解决上述问题，有必要研究设计一款成本低、敏感单元便于更换的柔弹性触觉传感器阵列。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术公开了一种敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列及其制备方法，制作简单，成本低廉，由于具备可更换敏感单元的特点，使得传感器阵列拥有多种的测量功能，且易维护，可重复使用的优点。r/>[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列的制备方法，包括如下步骤：（1）预处理电极导电材料：以带绝缘皮导线作为导电材料为例，先将若干根带绝缘皮导线的一端进行剥皮处理，用剥线钳剥出约10.0mm的电极导线。选取两根已经剥好皮的导线，将其剥好的电极导线端拧绕，并对该拧绕部分镀锡处理成拧绕端，再将导线的其他未剥皮部分拉成一字型，整体成一根倒T型导线；（2）预处理下衬底材料：下衬底为有一面布满圆毛的圆毛魔术贴，圆毛魔术贴圆毛面朝上，在下衬底的一条斜对角线上四分之一处和四分之三处分别进行去除圆毛处理，打磨出两个直径约为3.0mm的圆形区域一，再用电钻在这两个圆形区域一的圆心处分别钻一个直径约1.0mm的小孔一；（3）预处理上衬底材料：上衬底为有一面布满钩毛的钩毛魔术贴，钩毛魔术贴的钩毛面朝下，在其一条斜对角线上的四分之一处和四分之三处分别进行去除钩毛处理，打磨出两个直径约为3.0mm的圆形区域二，再用电钻在这两个圆形区域二的圆心处分别钻一个直径约1.0mm的小孔二。此外，使用电钻在另一条对角线上的四分之一处钻出一个直径约
2.0mm的小孔三；（4）阻性传感器阵列制作：以M
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N阻性传感器阵列为例，该阵列共有M
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N个二端电极单元和二端阻性敏感单元；（5）单个二端电极单元的制作。取步骤（1）做好的倒T型导线，将拧绕端上穿过下衬底（魔术贴圆毛面朝上）到下衬底的圆毛面；在下衬底圆毛面的圆形区域一内，将拧绕端贴着圆形区域一盘成二维螺旋状，形成下接触电极，并用热熔胶将倒T型导线固定于下衬底表面。同理，重复上述步骤，取另一根倒T型导线，在下衬底的圆形区域一处盘出下接触电极，并用热熔胶将倒T型导线固定于下衬底表面，两根倒T型导线固定成垂直的形状；（6）重复步骤（5）制作M
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N个二端电极单元。以共用行线和列线的形式将相邻二端电极单元的倒T型导线连接形成M行N列形式，并将其固定于织物基底表面实现二维传感器阵列的柔性和弹性；（7）单个二端阻性敏感单元的制作。以热敏电阻作为阻性敏感器件为例，将热敏电阻的两个金属丝引线分别下穿过上衬底（钩毛魔术贴的钩毛面朝下）到上衬底的钩毛面，热敏电阻探头放入孔中，并将穿过的金属丝引线分别在圆形区域二内盘成二维螺旋状，形成上接触电极；（8）重复步骤（7），制作M
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N个二端阻性敏感单元；将每个二端阻性敏感单元的两个上接触电极与织物基底上对应的二端电极单元上两个下接触电极分别正对贴合并按紧，即每个二端阻性敏感单元上接触电极的正投影能够将其相应二端电极单元下接触电极全覆盖，保持钩毛魔术贴的钩毛面与圆毛魔术贴的圆毛面良好粘连；至此，一种兼具柔弹性的M
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N二维传感器阵列制作完成。
[0005]一种敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列，是由若干个传感单元以共用行列线形式连接并固定于织物基底而成；所述传感单元包括贴合在一起的二端电极单元和二端阻性敏感单元；二端阻性敏感单元的上接触电极及其相应二端电极单元的下接触电极保持良好导电性，所述二端电极单元包括下衬底和电极导电材料；所述二端阻性敏感单元包括上衬底和敏感器件；所述下衬底采用圆毛魔术贴，向上的面为圆毛面，背面不做限制；所述上衬底采用钩毛魔术贴，向下的面为钩毛面，另一面不做限制；其中圆毛面上有一层圆毛，钩毛面上有一层钩毛，圆毛和钩毛可以粘连在一起；所述下衬底和上衬底的形状、尺寸均相同；下衬底和上衬底的形状为方形结构（可以四角圆头），如果是正方形，边长为10
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15mm；所述电极导电材料为导电织物或导线；电极导电材料的形状整体成倒T型，两根倒T型导线在下衬底表面固定成垂直的形状，在下衬底的斜对角线上设有两个圆形区域一（直径2.5
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4mm），在两个圆形区域一的圆心处分别钻一个小孔一，所述倒T型的电极导电材料穿过小孔一在圆形区域一盘绕成二维螺旋状，形成下接触电极，所述二维传感器阵列中二端电极单元之间的间距通过改变倒T型导线的长度来实现；所述敏感器件可以为热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻等二端阻性传感器；在上衬底的斜对角线上设有两个圆形区域二（直径2.5
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4mm），在两个圆形区域二的圆心处分别钻一个小孔二，在另一条对角线上钻出小孔三，敏感器件的两个金属丝设置在上衬底表面，热敏电阻探头放入小孔三中，金属丝引线穿过小孔二在两个圆形区域二内盘绕成二维螺旋状形成上接触电极。
[0006]所述织物基底可以通过将织物以交叉缝纫方法制备，也可直接选用运动衣等具有二维拉伸的织物材料。
[0007]本专利技术的有益技术效果如下：1、本专利技术方法所实现的二维阻性传感器阵列采用钩毛魔术贴（粘扣带）和圆毛魔术贴分别作为上衬底和下衬底，使得二端阻性敏感单元和二端电极单元通过魔术贴的自粘特性粘连在一起，从而使得二端阻性敏感单元的上接触电极及其相应二端电极单元的下接触电极保持良好导电性，即方便二端阻性敏感单元更换，也方便二维阻性传感器阵列的维修，同时还能保证二维阻性传感器阵列的测试精度。
[0008]2、本专利技术所述的电极单元的接触电极和敏感单元的接触电极均为二维螺旋状，同时它们之间采用面面贴合接触的方式连接，保证了电极单元和敏感单元之间良好的导电性，整个阵列制备过程无需任何复杂微加工过程，整体制作工艺简单高效且普适。
[0009]3、本专利技术方法所实现的二维阻性传感器阵列，其通过更换不同传感类型的二端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.敏感单元可更换叠层结构的二维传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：（1）预处理电极导电材料：以带绝缘皮导线作为导电材料为例，先将若干根带绝缘皮导线的一端进行剥皮处理，选取两根已经剥好皮的导线(201和202)，将其剥好部分的电极导线端拧绕，并对该拧绕部分镀保护层后形成拧绕端(203），再将导线的其他未剥皮部分拉成一字型，整体成一根倒T型导线；（2）预处理下衬底材料：下衬底为有一面布满圆毛的圆毛魔术贴，圆毛魔术贴圆毛面(303)朝上，在下衬底的一条斜对角线上四分之一处和四分之三处分别进行去除圆毛处理，打磨出两个圆形区域一（103和104），再用电钻在这两个圆形区域的圆心处分别钻一个小孔一(301和302)；（3）预处理上衬底材料：上衬底为有一面布满钩毛的钩毛魔术贴，钩毛魔术贴钩毛面(403)朝下，在其一条斜对角线上的四分之一处和四分之三处分别进行去除钩毛处理，打磨出两个圆形区域二(111和112)，再用电钻在这两个圆形区域的圆心处分别钻一个小孔二(401和402)；此外，使用电钻在另一条对角线上的四分之一处钻出一个小孔三(115) ；（4）阻性传感器阵列制作：以M
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N阻性传感器阵列为例，该阵列共有M
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N个二端电极单元和二端阻性敏感单元；（5）单个二端电极单元的制作：取步骤（1）做好的倒T型导线(107)，将拧绕端(203)上穿过下衬底到下衬底的毛面(303)；在下衬底毛面(303)的圆形区域一(103)内，将拧绕端(203)贴着圆形区域(103)盘绕成二维螺旋状，形成下接触电极(105)，并用热熔胶将倒T型导线(107)固定于下衬底表面(501) ；同理，重复上述步骤，取另一根倒T型导线(108)，在下衬底的另一圆形区域一(104)处盘绕出另一个下接触电极(106)，并用热熔胶将倒T型导线(108)固定于下衬底表面(501)，两根倒T型导线（107和108）固定成垂直的形状；（6）重复步骤（5）制作M
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N个二端电极单元：以共用行线和列线的形式将相邻二端电极单元的倒T型导线连接形成M行N列形式，并将其固定于织物基底表面实现二维传感器阵列的柔性和弹性；（7）单个二端阻性敏感单元的制作：以热敏电阻作为阻性敏感器件为例，将热敏电阻的两个金属丝引线分别下穿过上衬底到上衬底的钩毛面（403），热敏电阻探头(116)放入小孔三(115)中，并将穿过的金属丝引线(117)分别在圆形区域二(111和112)内盘绕成二维螺旋状，分别形成两个上接触电极(113和114)；（8）重复步骤（7），制作M
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N个二端阻性敏感单元；将每个二端阻性敏感单元的两个上接触电极(113和114)与织物基底上对应的二端电极单元上两个下接触电极(105和106)分别正对贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，杨平，胡恒宇，汪瑞恒，刘斌斌，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：