柔性电感式传感器制造技术

本发明专利技术描述一种包括电感器的电感式传感器，所述电感器包括导电线圈和机械连接所述线圈中的至少一个铰链。所述铰链的操作改变所述线圈的位置，并引起所述传感器的电感变化。传感器材料可相对于所述线圈定位，以使所述传感器材料的尺寸变化来操作所述铰链，从而引起所述线圈的位置的改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由导电线圈形成并能感测相关参数的电感式传感器， 该导电线圈通过柔性铰链连接。
技术介绍
传感器将外部刺激的变化转化为可检测或可测量的感测参数的变 化。在多种具体实施中，可使用诸如电感器、电容器和/或电阻器之类 的无源电子装置来形成传感器。这些传感器的电路值(如电感值、电 容值、或电阻值)随相关参数的变化而变化。可将这些传感器结合到 传感器电路中，以使由相关变化参数所引起的电路值的变化改变该传 感器电路的输出。通常期望远程采集传感器信息。射频识别(RFID)电路已被用于检 测相关物件的存在和运动。可将RFID技术的远程访问能力与传感器技 术相结合，以提供遥感能力。本专利技术实现了这些需要以及其他需要， 并提供超越现有技术的其他优势。
技术实现思路
本专利技术涉及响应相关参数的电感式传感器，该电感式传感器包括 通过铰链机械连接的导电线圈。该电感式传感器的一个实施例包括含 有导电线圈并与电感相关的电感器。 一个或多个铰链与线圈的一对或 多对机械连接。将被构造为通过传感器材料的尺寸变化来响应相关参 数的传感器材料相对于线圈进行定位，以使该传感器材料的尺寸变化 可以引起线圈中的至少第一个相对于线圈中的至少第二个发生位置上 的改变，并引起电感器的电感的变化。相关参数可以包括下列各项中 的至少一项温度、湿度、pH值、流体流、盐度、溶剂成分、葡萄糖浓度、电场、光和离子浓度。根据本专利技术的多个方面，线圈可设置在柔性基板上。铰链可通过 折叠挠性材料形成。在一个具体实施中，线圈和铰链设置在一体式基 板上，该一体式基板的变薄部分形成铰链。可使用锁闭机构对一个线 圈相对于另一个线圈以初始角度进行定位。例如，可将这些线圈以基本上平行的构造进行定位，每对平行线 圈之间具有一定的距离。位置的改变包括平行线圈之间距离的变化。又如，两个线圈可被定位为彼此成一角度。位置的改变包括线圈之间 角度的变化。根据一些构造，该传感器材料(如水凝胶)被设置在线圈中的至 少一些之间。可将线圈中的至少一个设置在具有孔的基板上，该孔被 构造用于使该传感器材料暴露到相关参数。该传感器可以包括电连接到电感器以形成谐振电路的电容器。相 关参数的变化引起谐振电路谐振特性的变化，例如谐振频率。传感器的另一个实施例包括含有导电线圈的电感器，每个导电线 圈均设置在平面基板上。 一个或多个铰链与导电线圈中的至少一对机 械连接。对一个或多个铰链的操作改变线圈的角度方向，从而引起电 感器电感的相应变化。在一些具体实施中，将构造为通过传感器材料 的尺寸变化来响应相关参数的传感器材料相对于线圈进行定位，以使 该传感器材料的尺寸变化引起一个或多个铰链的操作。根据本专利技术的 一个方面，传感器材料被设置在导电线圈之间。本专利技术的另一个实施例涉及传感器系统。该系统包括具有与电感 相关的导电线圈的电感式传感器。 一个或多个铰链与导电线圈中的至 少一对机械连接。将构造为通过传感器材料的尺寸变化来响应相关参数的传感器材料相对于线圈定位，以使该传感器材料的尺寸变化引起 线圈中的至少第一个相对于线圈中的至少第二个发生位置上的改变。 所述位置上的改变引起电感器的电感的改变。将电容器电连接到电感 器以形成谐振电路，该谐振电路具有取决于电感的一种或多种谐振特 性。传感器系统还包括可无线连接到该电感式传感器的讯问器。所述 讯问器被构造用于检测谐振电路的谐振特性的变化。本专利技术的又一个实施例涉及用于制备电感式传感器的方法。在平 面基板的第一部分上形成由导电材料制成的第一线圈，该基板具有至 少第一部分、第二部分、以及连接该第一部分和第二部分的铰链部分。 在基板的第二部分上形成由导电材料制成的第二线圈，第二线圈电连 接到第一线圈。将传感器材料相对于基板定位，该传感器材料被构造 为通过该传感器材料的尺寸变化来响应相关参数。将基板在铰链部分 折叠，以使传感器材料被设置在第一线圈和第二线圈之间，并且第一 线圈和第二线圈形成电感器的线圈。根据一个方面，平面基板包括孔，例如由基板穿孔所形成的孔。 这些孔可以使传感器材料暴露到相关参数。可在平面基板上形成电极，从而当平面基板被折叠时，形成电容 器的相对极板。电容器与电感器电连接，以形成谐振电路。例如，可 以在其中线圈的一个之内、基板的第一部分或第二部分的相对侧上形 成电容器的相对极板。可以分段形式形成相对极板的一个或多个，以 减小涡电流。可在基板的附加部分上形成由导电材料制成的附加线圈，使每个 附加线圈均与第一线圈和第二线圈电连接。基板可包括连接基板附加 部分的附加铰链部分。可通过(诸如)扇形折叠的方式在附加铰链部 分处折叠基板。当基板被折叠时，使用上述附加线圈可形成多匝电感 器。根据本专利技术的某些方面，平面基板可包含聚酰亚胺，而传感器材 料可包含水凝胶。可通过降低铰链部分的厚度来形成铰链部分，以增 加铰链的柔韧性。电感器的线圈的形成可使用光刻法来实现。根据本专利技术的一些方面，可在基板上形成锁闭机构。该锁闭机构 可在折叠后进行接合，以将线圈以初始角度取向锁闭。本专利技术的以上概述并非旨在描述本专利技术的每个实施例或本专利技术的 每种具体实施。结合附图并参照下文的具体实施方式以及所附权利要 求书，再结合对本专利技术比较完整的理解，本专利技术的优点和成效将变得 显而易见并为人所领悟。附图说明图1A和1B分别示出了根据本专利技术实施例的电感式传感器的侧视 图和剖视图，该电感式传感器使用在初始状态或在相关参数变化之前 的可以以尺寸响应的传感器材料；图1C和1D分别示出了根据本专利技术实施例的电感式传感器的侧视 图和剖视图，该电感式传感器采用在相关参数已经发生变化后的终止 状态的可以以尺寸响应的传感器材料；图2A示出了根据本专利技术实施例的无传感器材料的铰接电感式传感器；图2B和2C示出了根据本专利技术实施例制成的可以以尺寸响应的传 感器材料所产生的力；图3A示出了根据本专利技术实施例在将线圈定位并将传感器材料设 置在基板之间后的电感式传感器的无铰链构造。图3B示出了无传感器材料的电感式传感器的基板和线圈的平面图。图3C和3D为根据本专利技术实施例在传感器材料的尺寸变化之前和 之后的电感式传感器的示意性剖视图；图4A为示出在被构造为水分传感器的电感式传感器暴露在水中 后电感随时间变化的曲线图4B为示出对某些传感器材料的热处理效果的曲线图4C为示出两种水凝胶随pH值变化的膨胀/收縮曲线的曲线图5A为用于RFID应用的谐振电路的示意图。图5B为根据本专利技术实施例结合了电感式传感器的谐振电路的示意图6A示出了根据本专利技术实施例的谐振电路/传感器的示意性剖视图。图6B以平面图的方式示出了图6A中无传感器材料的谐振电路/ 传感器的谐振电路元件和基板；图6C示出了根据本专利技术实施例的包括基板内的分段式电容器电 极和孔的谐振电路/传感器；图6D和图6E分别示出了根据本专利技术实施例的电连接为负型装置 和正型装置的电感式传感器；图7A示出了根据本专利技术实施例的包括具有设置在单个可折叠基 板上的多个同心线圈的电感器的谐振电路/传感器；图7B示出了根据本专利技术实施例的包括具有在五个柔性可折叠基 板部分上形成的多个线圈的电感器的谐振电路/传感器；图8为根据本专利技术实施例的遥感系统的框图9为示出了讯问器分别在时间h和t2通过频率扫描获得产生信 号的曲线图，并且该图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括：　电感器，包括导电线圈并且与电感相关；　一个或多个铰链，与所述线圈的一对或多对机械连接；以及　传感器材料，被构造为通过所述传感器材料的尺寸变化来响应相关参数，所述传感器材料相对于所述线圈定位，以使所述传感 器材料的尺寸变化引起所述线圈中的至少第一个相对于所述线圈中的至少第二个发生位置上的改变，并引起所述电感器的电感变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高田宪一，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]