一种新型复合式力学传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种新型复合式力学传感器，属于力学传感器领域，新型复合式力学传感器包括用于与被感应物体相对运动的柔性感应层、电极感应层、压电材料层以及用于产生电信号的信号处理板，所述电极感应层位于所述柔性感应层的一侧，所述柔性感应层与所述电极感应层之间留有间隙，所述压电材料层位于所述柔性感应层与所述电极感应层之间的间隙内。本发明专利技术新型复合式力学传感器，不仅结合了压电及摩擦发电技术能进行同时发电，而且能实时感知被感应物体的运动状态，防止信息采集数据失真。防止信息采集数据失真。防止信息采集数据失真。

【技术实现步骤摘要】
一种新型复合式力学传感器


[0001]本专利技术涉及力学传感器领域，尤其涉及一种新型复合式力学传感器。

技术介绍

[0002]现有的力学传感器是指将力的量值转换为相关电信号的器件，力学传感器通常由力敏元件、转换元件以及电路部分构成，由于采用了转换元件以及电路部分通常需要电的驱动，故现有的力学传感器往往需要连接导线或者提供电池，这两种方式都很较大的局限性，采用电池不仅有使用寿命的影响，而且由于电能的消耗容易导致测量精度变差，采用导向供电，显然极大的限制了力学传感器的使用场景，例如：需要对奔跑人的体表动脉压力进行检测就无法进行。
[0003]中国专利文献公开号CN108429482B公开了一种基于摩擦纳米发电机的微力学传感器，包括摩擦纳米发电机，用于测量力学信号，数据传输装置，摩擦纳米发电机通过模数转换系统与其连接，显示装置与数据传输装置连接，用于显示测量数据。这种新型复合式力学传感器仅仅利用摩擦纳米发电机进行发电，不仅发电量有限很难复杂的电信号转化设备，而且其对被感应物体的感知迟钝。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提出一种新型复合式力学传感器，不仅结合了压电及摩擦发电技术能进行同时发电，而且能实时感知被感应物体的运动状态，防止信息采集数据失真。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种新型复合式力学传感器，包括用于与被感应物体相对运动的柔性感应层、电极感应层、压电材料层以及用于产生电信号的信号处理板，所述电极感应层位于所述柔性感应层的一侧，所述柔性感应层与所述电极感应层之间留有间隙，所述压电材料层位于所述柔性感应层与所述电极感应层之间的间隙内，当所述柔性感应层相对于所述被感应物体法向运动时，所述柔性感应层挤压所述压电材料层，所述压电材料层产生第一类电信号；当所述柔性感应层相对于所述被感应物体切向运动时，所述柔性感应层产生感应电荷会使得所述电极感应层产生感应电荷，所述电极感应层产生第二类电信号，所述信号处理板对第一类电信号及第二类电信号整流后形成的电源为所述信号处理板供电，所述信号处理板依据第一类电信号及第二类电信号的波形特征输出电信号。
[0007]本专利技术的进一步技术特征在于，所述信号处理板包括第一FPCB电路，所述第一FPCB电路上设置有整流电路，所述第一类电信号及所述第二类电信号通过所述整流电路整流后输出直流电为所述信号处理板供电。
[0008]本专利技术的进一步技术特征在于，所述信号处理板还包括第二FPCB电路，所述压电材料层贴设在所述第二FPCB电路上，所述第一FPCB电路(14)与所述第二FPCB电路采集所述压电材料层上下表面的电势差并转化为第一类电信号。
[0009]本专利技术的进一步技术特征在于，所述柔性感应层由PDMS材料制成，所述压电材料层由PVDF材料制成，所述第一FPCB电路与第二FPCB电路从所述压电材料层上下两侧面与所述压电材料层相贴合，并将所述第一FPCB电路与所述第二FPCB电路用作所述压电材料层的导电层。
[0010]本专利技术的进一步技术特征在于，所述柔性感应层的厚度为0.5～2mm，所述PDMS材料的单体组分与交联剂组分配比为(20～30)：1。
[0011]本专利技术的进一步技术特征在于，所述柔性感应层的外表面设置有蚀刻微结构，所述蚀刻微结构由定向排列的微柱子组成，相邻的两根所述微柱子之间的间距为5～10nm。
[0012]本专利技术的进一步技术特征在于，还包括用于固定所述柔性感应层的第一框体，所述柔性感应层固定在所述第一框体的中部。
[0013]本专利技术的进一步技术特征在于，还包括中部具有空腔的第二框体，所述信号处理板、所述压电材料层、所述电极感应层依次固定在所述第二框体的空腔内，所述第一框体与所述第二框体固定连接。
[0014]本专利技术的进一步技术特征在于，还包括储能器，所述信号处理板对第一类电信号及第二类电信号整流后产生电对储能器进行充电，所述储能器与所述信号处理板电连接为所述信号处理板供电。
[0015]本专利技术的进一步技术特征在于，所述信号处理板上设置有AI芯片，所述依据AI芯片对第一类电信号及第二类电信号的波形特征进行学习，并依据学习结果输出电信号。
[0016]本专利技术的有益效果为：
[0017]本专利技术提供的新型复合式力学传感器，设置了柔性感应层、电极感应层、压电材料层以及用于产生电信号的信号处理板，当柔性感应层相对于被感应物体法向运动时，柔性感应层挤压压电材料层以产生第一类电信号，当柔性感应层相对于被感应物体切向运动时，柔性感应层产生感应电荷会使得电极感应层产生感应电荷以产生第二类电信号，从而使得上述传感器能够自发两种电。另外，本申请提供的柔性感应层能够很好的贴附在被感应物体上，能够更加直接的感受到被感应物体运动状态，且第一类电信号及第二类电信号又能够同时作为电信号用于信号处理板进行电学特征的分析，实现对采集量的直接电学分析，而无需传统的力学传感器的力敏元件及转换元件，从而有效防止信息采集数据失真。
附图说明
[0018]图1是本专利技术具体实施方式中提供的新型复合式力学传感器的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术具体实施方式中提供的新型复合式力学传感器的实验效果图。
[0020]图中：
[0021]11、柔性感应层；12、电极感应层；13、压电材料层；14、第一FPCB电路；15、整流电路；16、第二FPCB电路；17、第一框体；18、第二框体；19、储能器；141、AI芯片；20、螺钉。
具体实施方式
[0022]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0023]实施例一
[0024]如图1至图2所示，本实施例中提供的新型复合式力学传感器，包括用于与被感应
物体相对运动的柔性感应层11、电极感应层12、压电材料层13以及用于产生电信号的信号处理板，其中，柔性感应层11由PDMS材料制成，压电材料层13配置为由PVDF材料制成压电薄膜，电极感应层12由Cu薄片制成，电极感应层12位于柔性感应层11的一侧，柔性感应层11与电极感应层12之间留有间隙，压电材料层13位于柔性感应层11与电极感应层12之间的间隙内，柔性感应层11、电极感应层12及压电材料层13的上下表面依次相接。柔性感应层11相对于被感应物体法向运动，也即柔性感应层11在被感应物体的作用下受到挤压后，柔性感应层11就会主要发生沿被感应物体法向运动的压力，也即垂直于被感应物体的外表面的压力，例如：将柔性感应层11贴设在人体动脉处的手臂外表面，就会受到动脉搏动产生的法向运动的作用。当柔性感应层11相对于被感应物体法向运动时，柔性感应层11挤压压电材料层13，压电材料层13在第一FPCB电路14与第二FPCB电路1之间产生电势差，而形成第一类电信号，当柔性感应层11相对于被感应物体切向运动时，也即相对于被感应物体的外面进行水平摩擦类运动时，柔性感应层11产生感应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型复合式力学传感器，其特征在于，包括：用于与被感应物体相对运动的柔性感应层(11)；电极感应层(12)，所述电极感应层(12)位于所述柔性感应层(11)的一侧，所述柔性感应层(11)与所述电极感应层(12)之间留有间隙；压电材料层(13)，所述压电材料层(13)位于所述柔性感应层(11)与所述电极感应层(12)之间的间隙内；用于产生电信号的信号处理板，当所述柔性感应层(11)相对于所述被感应物体法向运动时，所述柔性感应层(11)挤压所述压电材料层(13)，所述压电材料层(13)产生第一类电信号；当所述柔性感应层(11)相对于所述被感应物体切向运动时，所述柔性感应层(11)产生感应电荷会使得所述电极感应层(12)产生感应电荷，所述电极感应层(12)产生第二类电信号，所述信号处理板对第一类电信号及第二类电信号整流后形成的电源为所述信号处理板供电，所述信号处理板依据第一类电信号及第二类电信号的波形特征输出电信号。2.根据权利要求1所述的新型复合式力学传感器，其特征在于：所述信号处理板包括第一FPCB电路(14)；所述第一FPCB电路(14)上设置有整流电路(15)，所述第一类电信号及所述第二类电信号通过所述整流电路(15)整流后输出直流电为所述信号处理板供电。3.根据权利要求2所述的新型复合式力学传感器，其特征在于：所述信号处理板还包括第二FPCB电路(16)；所述压电材料层(13)贴设在所述第二FPCB电路(16)上，所述第一FPCB电路(14)与所述第二FPCB电路(16)采集所述压电材料层(13)上下表面的电势差并转化为第一类电信号。4.根据权利要求3所述的新型复合式力学传感器，其特征在于：所述柔性感应层(11)由PDMS材料制成；所述压电材料层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈溥川，喻敏，
申请(专利权)人：谈溥川，
类型：发明
国别省市：