【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压力传感器，具体是一种柔性无源光学式压力传感器。
技术介绍
1、现有的柔性薄膜传感器通常是由底座层，敏感层，电极层和绝缘层组成，采用上下衬底进行封装保护。在使用过程中，柔性薄膜传感器的信号处理和数据传输具有时效性的要求，响应速度有一定的限制。在进行分布式测量时，由于扫描电路的存在，测点量过多，外界压力变化过快时，采集数据有一定的滞后性，尤其在隧道这种实际应用场景中，还需要用到无线数据传输技术，由于带宽限制传输甚至会出现几十分钟到几个小时的滞后性。当外部应力过大无法及时反应时，也会导致传感器的破坏。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种柔性无源光学式压力传感器，可直接通过观测传感器颜色的变化实时直观掌握压力的变化情况，避免了数据传输分析造成压力数据延误的问题。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种柔性无源光学式压力传感器，包括有从下至上顺次粘接固定的力敏传感器薄膜层、光子晶体微结构层和透明柔性薄膜层，所述的光子晶体微结构层的顶面上设置有光子晶体图案，所述的力敏传感器薄膜层和透明柔性薄膜层之间设置有柔性封装支撑结构，所述的光子晶体微结构层设置于柔性封装支撑结构的内腔中且光子晶体微结构层的高度不大于柔性封装支撑结构内腔的高度。
4、所述的光子晶体微结构层包括有上光子晶体微结构层和下光子晶体微结构层，透明柔性薄膜层包括有上透明柔性薄膜层和下透明柔性薄膜层，下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜层、上光子晶体
5、所述的下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜层、上光子晶体微结构层和上透明柔性薄膜层从下往上顺次粘接固定后，封装于柔性封装层内。
6、所述的力敏传感器薄膜层选用薄膜弯曲传感器、薄膜压阻式压力传感器或薄膜压电式压力传感器。
7、所述的光子晶体微结构层选用聚二甲基硅氧烷薄膜层、氧化硅薄膜层、聚苯乙烯薄膜层、氧化铟锡薄膜层、聚乙烯薄膜层或氧化铝薄膜层，光子晶体微结构层顶面的光子晶体图案为采用热压印方法获得的矩阵式排列结构的纳米图案，每个纳米图案对应一个凸起结构，光子晶体微结构层顶面上的所有凸起结构形状一致，相邻凸起结构之间的间距相等。
8、所述的光子晶体微结构层是由基材和黑色有机硅颜料制成的黑色透明薄膜，基材选用聚二甲基硅氧烷、氧化硅、聚苯乙烯、氧化铟锡、聚乙烯或氧化铝，黑色有机硅颜料占基材总重量的3.67-8.43％。
9、所述的透明柔性薄膜层选用无色透明的聚酰亚胺薄膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜层或聚碳酸酯薄膜层。
10、所述的柔性封装层选用无色透明的聚酰亚胺封装层、聚对苯二甲酸乙二醇酯封装层、聚碳酸酯封装层、聚乙烯醇封装层或聚萘二甲酯乙二醇酯封装层。
11、所述的柔性封装支撑结构包括有无色透明的柔性玻璃封盖和密封圈，柔性玻璃封盖包括有底端开口的柔性罩壳和环形粘接层，柔性罩壳的纵向截面形状为倒梯形，环形粘接层的内圈与柔性罩壳的底端为一体化连接结构，柔性罩壳的顶面与透明柔性薄膜层的底面密封粘接固定，光子晶体微结构层设置于柔性罩壳内且光子晶体微结构层的底面与力敏传感器薄膜层的顶面密封粘接固定，密封圈密封粘接于环形粘接层和力敏传感器薄膜层之间，光子晶体微结构层的高度不大于柔性罩壳内顶面和力敏传感器薄膜层顶面之间的最小垂直距离。
12、所述的柔性封装支撑结构包括有柔性支撑环和密封圈，柔性支撑环包括有锥形环、上环形粘接层和下环形粘接层，锥形环从顶端至底端其口径逐渐增大，上环形粘接层与锥形环的顶端为一体化连接结构，下环形粘接层与锥形环的底端为一体化连接结构，上环形粘接层的顶面与透明柔性薄膜层的底面密封粘接固定，光子晶体微结构层设置于锥形环内且光子晶体微结构层的底面与力敏传感器薄膜层的顶面密封粘接固定，密封圈密封粘接于下环形粘接层和力敏传感器薄膜层之间，光子晶体微结构层的高度不大于上环形粘接层顶面和力敏传感器薄膜层顶面之间的最小垂直距离。
13、本专利技术的优点：
14、(1)、本专利技术的光子晶体微结构层，对于光的散射和反射非常敏感，能提供高度灵敏的压力传感性能，小幅度的压力变化即会造成其光学带隙的变化，从而实现高分辨率的压力测量，光子晶体微结构层的光学性质可以在毫秒或更短时间内产生响应，从而能够快速直观掌握压力的变化情况。
15、(2)、本专利技术使用时，直接粘接固定于待检测物体的表面上，进行非侵入性数据采集，直接通过光子晶体微结构层的颜色变化，得到压力的实时数据，无需现场工作人员掌握压力采集设备的使用规则，使用操作简单，数据采集成本低。
16、(3)、本专利技术的光子晶体微结构层为黑色透明薄膜结构，添加黑色有机硅颜料使得光子晶体微结构层能有效吸收光，有助于防止散射，从而提高光子晶体的清晰度；同时通过调节黑色有机硅颜料的添加量，调节光子晶体微结构层的颜色深浅，且保证不影响光子晶体微结构层的衍射效果。
17、(4)、本专利技术设置有力敏传感器薄膜层，兼具现有柔性薄膜传感器通过电信号采集压力数据的功能，使得本专利技术适用于多种采集环境下，满足多种压力数据采集的要求。
18、(5)、本专利技术设置有柔性封装支撑结构，在不影响柔性无源光学式压力传感器整体柔性性能的情况下，对光子晶体微结构层进行封装保护，避免光子晶体微结构层发生损伤，影响正常的使用显示。
19、(6)、本专利技术的透明柔性薄膜层和柔性封装层具有无色透明和热稳定性好的优点，在不影响光子晶体微结构层颜色变化显示的同时，进一步保护力敏传感器薄膜层和光子晶体微结构层，提高柔性无源光学式压力传感器的使用寿命。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：包括有从下至上顺次粘接固定的力敏传感器薄膜层、光子晶体微结构层和透明柔性薄膜层，所述的光子晶体微结构层的顶面上设置有光子晶体图案，所述的力敏传感器薄膜层和透明柔性薄膜层之间设置有柔性封装支撑结构，所述的光子晶体微结构层设置于柔性封装支撑结构的内腔中且光子晶体微结构层的高度不大于柔性封装支撑结构内腔的高度。
2.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的光子晶体微结构层包括有上光子晶体微结构层和下光子晶体微结构层，透明柔性薄膜层包括有上透明柔性薄膜层和下透明柔性薄膜层，下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜层、上光子晶体微结构层和上透明柔性薄膜层从下往上顺次粘接固定，且力敏传感器薄膜层和下透明柔性薄膜层之间、力敏传感器薄膜层和上透明柔性薄膜层之间均设置有柔性封装支撑结构，所述的下光子晶体微结构层或上光子晶体微结构层设置于对应柔性封装支撑结构的内腔中。
3.根据权利要求2所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜
4.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的力敏传感器薄膜层选用薄膜弯曲传感器、薄膜压阻式压力传感器或薄膜压电式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的光子晶体微结构层选用聚二甲基硅氧烷薄膜层、氧化硅薄膜层、聚苯乙烯薄膜层、氧化铟锡薄膜层、聚乙烯薄膜层或氧化铝薄膜层，光子晶体微结构层顶面的光子晶体图案为采用热压印方法获得的矩阵式排列结构的纳米图案，每个纳米图案对应一个凸起结构，光子晶体微结构层顶面上的所有凸起结构形状一致，相邻凸起结构之间的间距相等。
6.根据权利要求5所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的光子晶体微结构层是由基材和黑色有机硅颜料制成的黑色透明薄膜，基材选用聚二甲基硅氧烷、氧化硅、聚苯乙烯、氧化铟锡、聚乙烯或氧化铝，黑色有机硅颜料占基材总重量的3.67-8.43％。
7.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的透明柔性薄膜层选用无色透明的聚酰亚胺薄膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜层或聚碳酸酯薄膜层。
8.根据权利要求3所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的柔性封装层选用无色透明的聚酰亚胺封装层、聚对苯二甲酸乙二醇酯封装层、聚碳酸酯封装层、聚乙烯醇封装层或聚萘二甲酯乙二醇酯封装层。
9.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的柔性封装支撑结构包括有无色透明的柔性玻璃封盖和密封圈，柔性玻璃封盖包括有底端开口的柔性罩壳和环形粘接层，柔性罩壳的纵向截面形状为倒梯形，环形粘接层的内圈与柔性罩壳的底端为一体化连接结构，柔性罩壳的顶面与透明柔性薄膜层的底面密封粘接固定，光子晶体微结构层设置于柔性罩壳内且光子晶体微结构层的底面与力敏传感器薄膜层的顶面密封粘接固定，密封圈密封粘接于环形粘接层和力敏传感器薄膜层之间，光子晶体微结构层的高度不大于柔性罩壳内顶面和力敏传感器薄膜层顶面之间的最小垂直距离。
10.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的柔性封装支撑结构包括有柔性支撑环和密封圈，柔性支撑环包括有锥形环、上环形粘接层和下环形粘接层，锥形环从顶端至底端其口径逐渐增大，上环形粘接层与锥形环的顶端为一体化连接结构，下环形粘接层与锥形环的底端为一体化连接结构，上环形粘接层的顶面与透明柔性薄膜层的底面密封粘接固定，光子晶体微结构层设置于锥形环内且光子晶体微结构层的底面与力敏传感器薄膜层的顶面密封粘接固定，密封圈密封粘接于下环形粘接层和力敏传感器薄膜层之间，光子晶体微结构层的高度不大于上环形粘接层顶面和力敏传感器薄膜层顶面之间的最小垂直距离。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：包括有从下至上顺次粘接固定的力敏传感器薄膜层、光子晶体微结构层和透明柔性薄膜层，所述的光子晶体微结构层的顶面上设置有光子晶体图案，所述的力敏传感器薄膜层和透明柔性薄膜层之间设置有柔性封装支撑结构，所述的光子晶体微结构层设置于柔性封装支撑结构的内腔中且光子晶体微结构层的高度不大于柔性封装支撑结构内腔的高度。
2.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的光子晶体微结构层包括有上光子晶体微结构层和下光子晶体微结构层，透明柔性薄膜层包括有上透明柔性薄膜层和下透明柔性薄膜层，下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜层、上光子晶体微结构层和上透明柔性薄膜层从下往上顺次粘接固定，且力敏传感器薄膜层和下透明柔性薄膜层之间、力敏传感器薄膜层和上透明柔性薄膜层之间均设置有柔性封装支撑结构，所述的下光子晶体微结构层或上光子晶体微结构层设置于对应柔性封装支撑结构的内腔中。
3.根据权利要求2所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的下透明柔性薄膜层、下光子晶体微结构层、力敏传感器薄膜层、上光子晶体微结构层和上透明柔性薄膜层从下往上顺次粘接固定后，封装于柔性封装层内。
4.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的力敏传感器薄膜层选用薄膜弯曲传感器、薄膜压阻式压力传感器或薄膜压电式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于：所述的光子晶体微结构层选用聚二甲基硅氧烷薄膜层、氧化硅薄膜层、聚苯乙烯薄膜层、氧化铟锡薄膜层、聚乙烯薄膜层或氧化铝薄膜层，光子晶体微结构层顶面的光子晶体图案为采用热压印方法获得的矩阵式排列结构的纳米图案，每个纳米图案对应一个凸起结构，光子晶体微结构层顶面上的所有凸起结构形状一致，相邻凸起结构之间的间距相等。
6.根据权利要求5所述的一种柔性无源光学式压力传感器，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：付浩然，洪成鹏，梁冠文，闫子壮，万章博，张毅，杨超，陆益挺，刘承斌，边学成，蒋建群，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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