一种应变传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应变传感器及其制备方法，应变传感器包括：应变感知单元，用于响应自身的阻值变化输出第一应变信号。柔性电路板，柔性电路板设置有电路模块，电路模块用于接收第一应变信号并进行放大后获得第二应变信号，以及将第二应变信号传输至外部的接收终端。柔性基材层，柔性基材层与柔性电路板固定连接，柔性基材层设置有平面的无线供电线圈，无线供电线圈与电路模块电连接。无线供电线圈用于响应外部的初级线圈产生的磁场生成感应电流，并向电路模块供电，电路模块还用于根据感应电流向应变感知单元供电。本申请通过采用柔性的、平面的无线供电线圈提供感应电流，实现应变传感器的无线供电，有利于减小应变传感器的体积。积。积。

【技术实现步骤摘要】
一种应变传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及物体表面应变检测
，尤其涉及一种应变传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]工业升级与技术进步必然需要传感器检测精度的提高，同时为了能够适应更复杂的应用场景，传感器的无线化也成为了一个亟待解决的难题。现有应变传感器一般通过直接连接导线的形式进行供电，额外的导线布置限制了其应用场景。现有的应变传感器的无线供电线圈一般利用铜导线直接缠绕而成，体积大且不便于在物体表面安装，限制了其在小型传感器上的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种应变传感器，以解决现有技术中采用导线缠绕制成无线供电线圈的应变传感器存在体积较大的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种应变传感器，包括：
[0006]应变感知单元，用于响应自身的阻值变化输出第一应变信号；
[0007]柔性电路板，所述柔性电路板设置有电路模块，所述电路模块与所述应变感知单元电连接，所述电路模块用于接收所述第一应变信号并进行放大后获得第二应变信号，并将所述第二应变信号传输至与电路模块通信连接的外部的接收终端；
[0008]柔性基材层，所述柔性基材层与所述柔性电路板固定连接，所述柔性基材层设置有平面的无线供电线圈，所述无线供电线圈与所述电路模块电连接；
[0009]所述无线供电线圈用于响应外部的初级线圈产生的磁场生成感应电流，并向所述电路模块供电，所述电路模块还用于根据所述感应电流向所述应变感知单元供电。
[0010]进一步的，所述应变感知单元包括依次层叠设置的柔性保护层、金属导电层以及柔性基底；
[0011]所述柔性基底的至少一侧表面设置有若干密集排布的第一狭缝结构，所述金属导电层设置有与所述第一狭缝结构相适配的第二狭缝结构，所述金属导电层设置有与所述电路模块电连接的金属电极。
[0012]进一步的，所述柔性基材层的中心设置通孔，所述柔性基材层包括层叠设置的第一柔性膜和第二柔性膜；
[0013]所述应变感知单元设置于所述通孔内，所述电路模块设置于所述柔性电路板上，所述柔性电路板与所述第一柔性膜的上表面粘接；
[0014]所述无线供电线圈为矩形环状，并形成于所述第一柔性膜与所述第二柔性膜之间，所述柔性电路板、所述应变感知单元均位于所述无线供电线圈在所述柔性基材层的法向投影区域内。
[0015]进一步的，所述电路模块包括：信号放大单元、整流单元、信号传输单元以及稳压单元；
[0016]所述信号放大单元与所述应变感知单元电连接，所述信号放大单元用于对所述第一应变信号进行放大后获得第二应变信号；
[0017]所述信号传输单元与所述信号放大单元电连接，以及与外部的接收终端通信连接，所述信号传输单元用于接收所述第二应变信号，并将所述第二应变信号传输至外部的接收终端；
[0018]所述整流单元分别与所述无线供电线圈、所述信号传输单元以及所述稳压单元电连接，所述整流单元用于对所述无线供电线圈的所述感应电流进行整流，并分别输出供电电流至所述信号传输单元以及所述应变感知单元；
[0019]所述稳压单元与所述应变感知单元电连接，所述稳压单元用于对输出至所述应变感知单元的供电电流进行稳压。
[0020]进一步的，所述信号放大单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻以及运算放大器；
[0021]所述运算放大器的负输入端与所述应变感知单元的负极电连接，所述运算放大器的正输入端分别连接所述第二电阻的一端以及所述第三电阻的一端，所述运算放大器的输出端与所述信号传输单元电连接；
[0022]所述第一电阻的一端与所述运算放大器的负输入端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端分别连接所述应变感知单元的正极以及所述稳压单元。
[0023]进一步的，所述信号传输模块包括无线芯片，所述无线芯片的第一天线端与所述无线供电线圈的一端连接，所述无线芯片的第二天线端与所述无线供电线圈的另一端连接，所述无线芯片的输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述无线芯片的输出端与所述应变感知单元的正极连接，所述无线芯片的接地端接地；
[0024]所述无线芯片用于通过无线供电线圈，将所述第二应变信号以无线信号的形式传输至外部的接收终端。
[0025]进一步的，所述整流单元包括：第一电容、第二电容、第一二极管以及第二二极管；所述稳压单元包括低压线性稳压器；
[0026]所述第一电容的一端与所述无线芯片的第一天线端以及所述无线供电线圈的一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述第一二极管的负极以及所述无线芯片的第二天线端连接，所述第一二极管的正极接地，所述第二电容的一端与所述第一二极管的正极连接，所述第二电容的另一端分别与所述第二二极管的负极以及低压线性稳压器的输入端连接，所述第二二极管的正极与所述无线芯片的第一天线端连接，所述低压线性稳压器的输出端分别与所述应变感知单元的正极连接，所述低压线性稳压器的接地端接地。
[0027]一种如上述任一项所述的应变传感器的制备方法，包括步骤：
[0028]提供柔性基材层，在所述柔性基材层上形成平面的无线供电线圈；
[0029]提供柔性电路板，在所述柔性电路板上设置电路模块；
[0030]将所述柔性电路板粘接至所述柔性基材层上；
[0031]将所述无线供电线圈与所述电路模块电连接；
[0032]提供应变感知单元，将所述电路模块与所述应变感知单元电连接。
[0033]进一步的，所述提供柔性基材层，在所述柔性基材层上形成柔性的、平面的无线供电线圈的步骤包括：
[0034]提供第二柔性膜；
[0035]采用电子束蒸发方法在所述第二柔性膜上沉积目标金属，以形成矩形的所述无线供电线圈；
[0036]引出所述无线供电线圈的正极和负极；
[0037]提供第一柔性膜，采用层压方式将所述第一柔性膜覆盖到所述无线供电线圈以及所述第二柔性膜上，以形成所述柔性基材层；
[0038]在所述柔性基材层上冲切出用于容置所述应变感知单元的通孔。
[0039]进一步的，所述应变感知单元的制备方法包括步骤：
[0040]采用3D打印方法进行单层、平行排布的打印，以形成具有第一狭缝结构的柔性基底；
[0041]采用溅射沉积中的离子溅射方法在所述柔性基底的上表面形成金属导电层；
[0042]在所述金属导电层的两端各自焊接金属电极；
[0043]根据目标拉伸应变量对所述应变感知单元进行预拉伸，以在所述金属导电层上形成与所述第一狭缝结构相适配的第二狭缝结构；
[0044]在所述金属导电层的上表面封装柔性保护层，以形成所述应变感知单元。
[0045]本专利技术的有益效果在于：通过采用柔性的、平面的无线供电线圈提供感应电流，实现应变传感器的无线供电，相较于现有应变传感器的无线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应变传感器，其特征在于，包括：应变感知单元，用于响应自身的阻值变化输出第一应变信号；柔性电路板，所述柔性电路板设置有电路模块，所述电路模块与所述应变感知单元电连接，所述电路模块用于接收所述第一应变信号并进行放大后获得第二应变信号，并将所述第二应变信号传输至与电路模块通信连接的外部的接收终端；柔性基材层，所述柔性基材层与所述柔性电路板固定连接，所述柔性基材层设置有平面的无线供电线圈，所述无线供电线圈与所述电路模块电连接；所述无线供电线圈用于响应外部的初级线圈产生的磁场生成感应电流，并向所述电路模块供电，所述电路模块还用于根据所述感应电流向所述应变感知单元供电。2.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述应变感知单元包括依次层叠设置的柔性保护层、金属导电层以及柔性基底；所述柔性基底的至少一侧表面设置有若干密集排布的第一狭缝结构，所述金属导电层设置有与所述第一狭缝结构相适配的第二狭缝结构，所述金属导电层设置有与所述电路模块电连接的金属电极。3.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述柔性基材层的中心设置通孔，所述柔性基材层包括层叠设置的第一柔性膜和第二柔性膜；所述应变感知单元设置于所述通孔内，所述电路模块设置于所述柔性电路板上，所述柔性电路板与所述第一柔性膜的上表面粘接；所述无线供电线圈为矩形环状，并形成于所述第一柔性膜与所述第二柔性膜之间，所述柔性电路板、所述应变感知单元均位于所述无线供电线圈在所述柔性基材层的法向投影区域内。4.根据权利要求1所述的应变传感器，其特征在于，所述电路模块包括：信号放大单元、整流单元、信号传输单元以及稳压单元；所述信号放大单元与所述应变感知单元电连接，所述信号放大单元用于对所述第一应变信号进行放大后获得第二应变信号；所述信号传输单元与所述信号放大单元电连接，以及与外部的接收终端通信连接，所述信号传输单元用于接收所述第二应变信号，并将所述第二应变信号传输至外部的接收终端；所述整流单元分别与所述无线供电线圈、所述信号传输单元以及所述稳压单元电连接，所述整流单元用于对所述无线供电线圈的所述感应电流进行整流，并分别输出供电电流至所述信号传输单元以及所述应变感知单元；所述稳压单元与所述应变感知单元电连接，所述稳压单元用于对输出至所述应变感知单元的供电电流进行稳压。5.根据权利要求4所述的应变传感器，其特征在于，所述信号放大单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻以及运算放大器；所述运算放大器的负输入端与所述应变感知单元的负极电连接，所述运算放大器的正输入端分别连接所述第二电阻的一端以及所述第三电阻的一端，所述运算放大器的输出端与所述信号传输单元电连接；所述第一电阻的一端与所述运算放大器的负输入端连接，所述第一电阻的另一端接
地，所述第二电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富，王军，侯涛，侯秋丰，田昊，王跃桥，赵宇锋，
申请(专利权)人：浙江向隆机械有限公司，
类型：发明
国别省市：