一种柔性薄膜压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性薄膜压力传感器，所述压力传感器由螺旋线圈、绝缘薄膜、叉指电极、弹性薄膜、铁氧体薄膜和基底层组成；所述螺旋线圈和所述叉指电极分别设于所述绝缘薄膜两侧，并通过所述绝缘薄膜上设置的通孔相连，组成LC谐振电路；所述弹性薄膜设于所述螺旋线圈、所述叉指电极和所述绝缘薄膜的下方；所述铁氧体薄膜设于所述弹性薄膜的下方。当压力作用于所述柔性薄膜压力传感器时，弹性薄膜产生压缩形变，减小了LC谐振电路和铁氧体薄膜间的距离，进而产生所述螺旋线圈的电感值的变化，而电感值的变化量和外部压力的大小具有正比关系，从而通过对LC谐振电路的谐振频率测量实现外部压力的测量。实现外部压力的测量。实现外部压力的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性薄膜压力传感器

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[0001]本技术涉及压力传感
，尤其是一种柔性薄膜压力传感器。

技术介绍
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[0002]人们对信息的测量、存储、传输、显示等方面日益增大的需求，使传感器在各个领域有广泛的应用前景。目前主要的压力传感器形式有电容式、电阻式和压电式三种。为提高可穿戴电子设备的实用性，其配套传感器需具有轻巧柔软、耐磨性强、易于与各种织物基板集成的特性，这是传统电子器件难以实现的。目前，可穿戴电子传感器的发展还存在着一些亟待解决的问题，包括布线的复杂性、回弹性差以及鲁棒性差等。
[0003]现有的大多数柔性无线无源压力传感器依赖于LC谐振电路中电容的变化，而电容的增大会引起传感器信号品质因子Q的损失。为了使可穿戴设备能更好地满足实际需求，本技术提出的一种柔性薄膜压力传感器，利用电感和电容的串联电路响应外场变化，并在电磁场中传递信息。相比电容式压力传感器，本技术利用外部压力作用下，弹性薄膜产生的形变改变电感和铁氧体薄膜间的距离，引起线圈磁通量的变化，从而引起电感变化，进一步被转换为LC谐振电路的谐振频率的变化。本技术具有电路简单、无需电源、寿命长、小型化方便、抗干扰能力强和信号重现性好等特点，为可穿戴电子设备在接触压力分布测量方面提供了广泛的应用前景。

技术实现思路
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[0004]针对现有可穿戴传感器布线复杂、回弹性差以及鲁棒性差等不足，本技术提出的一种柔性薄膜压力传感器，由螺旋线圈、绝缘薄膜、叉指电极、弹性薄膜、铁氧体薄膜和基底层组成；所述螺旋线圈和所述叉指电极分别设于所述绝缘薄膜两侧，并通过所述绝缘薄膜上设置的通孔相连，组成LC谐振电路；所述弹性薄膜设于所述螺旋线圈、所述叉指电极和所述绝缘薄膜的下方；所述铁氧体薄膜设于所述弹性薄膜下方。
[0005]所述绝缘薄膜为绝缘材质，将螺旋线圈和叉指电极分开，且绝缘薄膜需要具有较好的柔性，优选的，绝缘薄膜采用聚酰亚胺薄膜。聚酰亚胺由于其刚性的芳杂环结构，是目前耐热性能最好的聚合物材料之一。同时，其薄膜还具有优异的热稳定性、良好的机械性能、耐溶剂性、较低的介电常数的特性，且绝缘性能好、配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好，故被广泛地应用在信息、能源、医疗、国防等领域。
[0006]为了提高压力传感器的精度，优选的，螺旋线圈和叉指电极的材质为铜或银。因为铜和银是电阻率比较低的金属材料，由铜或银组成的LC谐振电路阻抗小，谐振频率变化明显，测量压力精度更高。
[0007]为了提高所述弹性薄膜在撤除外部压力后的恢复速率，优选的，所述弹性薄膜采用中空双层结构，并兼有透气防水的特点。
[0008]为了兼顾传感器的压力测量范围和线性度，优选的，所述弹性薄膜收到压力作用时的最大压缩率为50％。
[0009]所述螺旋线圈的电感值与铁氧体薄膜和LC谐振电路间的距离可用如下关系式表示：
[0010]L
e
∝
μ
r
/(1+μ
r
d/l
e
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]其中，L
e
为螺旋线圈的电感值，μ
r
为铁氧体薄膜的相对磁导率，d为铁氧体薄膜和LC谐振电路间的距离，l
e
为螺旋线圈的有效长度。当压力作用于所述柔性薄膜压力传感器时，弹性薄膜产生压缩形变，减小了LC谐振电路和所述铁氧体薄膜间的距离，进而产生所述螺旋线圈的电感值的变化，电感值的变化会引起LC谐振电路的谐振频率的变化。所以，电感值的变化量和外部压力的大小具有正比关系。所述柔性薄膜压力传感器通过对LC谐振电路谐振频率的测量，可以计算得到外部施加压力的大小。
[0012]LC谐振电路的品质因数与电容、电感的关系为：
[0013]Q＝wL/R＝1/wRC
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]其中，Q为品质因素，w为电路谐振时的电源频率，L为电感，R为电阻，C为电容。由关系式(1)可以看出，当施加外部压力时，铁氧体薄膜和LC谐振电路间的距离减小，所以所述螺旋线圈的电感值增大，所述柔性薄膜压力传感器的有效质量因子Q也随之增大，这就克服了现有的大多数柔性无线无源压力传感器的有效质量因子Q损失的问题。
[0015]所述柔性薄膜压力传感器具有以下优点：(1)品质因子Q值大，信号稳定；(2)具备优异的机械弹性、耐磨性，易于集成到可穿戴设备；(3)可恢复性强。基于上述优点，所述压力传感器可克服传统压力传感器布线的复杂、回弹性差以及鲁棒性差的问题，适合应用在触觉传感领域，特别是新兴的可穿戴电子产品，比如智能腕带、鞋垫和腰托等。
附图说明
[0016]下面结合附图和实例对本技术作进一步说明
[0017]图1是一种柔性薄膜压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
[0018]为进一步阐释本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段，以下结合附图以及较佳实施例，详细说明如下：
[0019]图1所示为本技术提供的压力传感器的结构示意图。一种柔性薄膜压力传感器，由螺旋线圈1、绝缘薄膜2、叉指电极3、弹性薄膜4、铁氧体薄膜5和基底层6组成；所述螺旋线圈1和叉指电极3分别设于所述绝缘薄膜2两侧，并通过所述绝缘薄膜2上设置的通孔相连，组成LC谐振电路；所述弹性薄膜4设于所述螺旋线圈1、所述叉指电极3和所述绝缘薄膜2的下方；所述铁氧体薄膜5设于所述弹性薄膜4下方。所述基底层6设于位于最底层。
[0020]所述绝缘薄膜2为绝缘材质，将螺旋线圈1和叉指电极3分开，且需要具有较好的柔性，优选的，绝缘薄膜2采用聚酰亚胺薄膜。聚酰亚胺由于其刚性的芳杂环结构，是目前耐热性能最好的聚合物材料之一。
[0021]为了提高压力传感器的精度，优选的，螺旋线圈1和叉指电极3的材质为铜或银。因为铜和银是电阻率比较低得两种金属材料，由铜或银组成的LC谐振电路阻抗小，谐振频率变化明显，测量压力精度更高。
[0022]为了提高所述弹性薄膜4在撤除外部压力后的恢复速率，优选的，所述弹性薄膜4
采用中空双层结构，并兼有透气防水的特点。
[0023]为了兼顾传感器的压力测量范围和线性度，优选的，所述弹性薄膜4收到压力作用时的最大压缩率为50％。
[0024]所述螺旋线圈1的电感值与铁氧体薄膜5和LC谐振电路间的距离可用如下关系式表示：
[0025]L
e
∝
μ
r
/(1+μ
r
d/l
e
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0026]其中，L
e
为螺旋线圈1的电感值，μ
r
为铁氧体薄膜5的相对磁导率，d为铁氧体薄膜5和LC谐振电路间的距离，l
e
为螺旋线圈1的有效长度。当压力作用于所述柔性薄膜压力传感器时，弹性薄膜4产生压缩形变，减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性薄膜压力传感器，其特征在于：所述压力传感器由螺旋线圈、绝缘薄膜、叉指电极、弹性薄膜、铁氧体薄膜和基底层组成；所述螺旋线圈和所述叉指电极分别设于所述绝缘薄膜两侧，并通过所述绝缘薄膜上设置的通孔相连，组成LC谐振电路；所述弹性薄膜设于所述螺旋线圈、所述叉指电极和所述绝缘薄膜的下方；所述铁氧体薄膜设于所述弹性薄膜的下方。2.如权利要求1所述的一种柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭东，董培梅，慈骋，缪谨柒，张文斌，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：