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一种压感 传感器、压力检测方法及制造工艺

阅读：863发布：2024-02-27

专利汇可以提供一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺，压感传感器包括上基底、下基底、本体电路层和引出电极；所述上基底和下基底为弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；所述本体电路层为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；所述本体电路层夹设在上基底和下基底之间，按功能平面电路图形结构覆盖在上基底和下基底的立体结构上，且在本体电路层的两端分别引出电极。本发明通过施加在传感器的柔性基底表面的力量产生基材立体型变，基材立体型变同时位于基材中的立体的电路结构形成立体型变，从而形成电阻变化，根据电阻变化计算出压力值，结构简单，测量结果准确，而且灵敏度高。，下面是一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种压感传感器，其特征在于：包括上基底(1)、下基底(2)、本体电路层(3)和引出电极(4)；所述上基底(1)和下基底(2)为弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；所述本体电路层(3)为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；所述本体电路层(3)夹设在上基底(1)和下基底(2)之间，均匀覆盖在上基底(1)和下基底(2)的立体结构上，且在本体电路层(3)的两端分别引出电极(4)；所述上基底(1)和下基底(2)的弹性模量为0.002～0.05Gpa，泊松比为0.1～1，厚度为为0.02～5mm，硬度值为0～20度；
所述上基底(1)和下基底(2)采用有所需立体结构的薄膜为模具，将弹性有机材料灌注到模具中成型为一面有立体结构的基底。
2.根据权利要求1所述的一种压感传感器，其特征在于：所述上基底(1)和下基底(2)上的立体结构的截面为连续的V形；或者截面为连续的U形；或者截面为连续的正弦波形；或者立体结构为均匀分布的三棱锥；或者立体结构为均匀分布的尺寸相同的球面立体结构；或者前述立体结构的组合；前述立体结构根据功能要求设计成尺寸相同或者尺寸不同的连续结构。
3.根据权利要求2所述的一种压感传感器，其特征在于：所述本体电路层(3)的导电线路层为石墨烯导电线路；或者碳纳米管碳基导电线路；或者金属氧化物导电线路；或者金属和碳基复合导电线路；或者有机导电材料导电线路；或者有机导电材料和碳基材料的复合导电线路；或者有机导电材料和金属复合导电线路。
4.根据权利要求3所述的一种压感传感器，其特征在于：所述引出电极(4)为弹性碳基导电电极或者金属电极或者FPC电极或者有机基底镀导电膜的电极。
5.根据权利要求4所述的一种压感传感器，其特征在于：所述本体电路层(3)的导电线路包括电源信号电路(31)、信号采集电路(32)、数模转换电路(33)、MCU主控电路(34)和信号输出电路(35)；所述电源信号电路(31)为MCU主控电路(34)供电，为压感传感器提供信号源；所述信号采集电路(32)采集主体电路(3)形变带来的电阻变化量；所述数模转换电路(33)对信号采集电路(32)采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路(34)进行分析，分析结果通过信号输出电路(35)输出给终端设备主控(5)。
6.一种制造如权利要求5所述的一种压感传感器的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：制作下基底(2)；采用有所需立体结构的薄膜为模具，将弹性有机材料灌注到模具中成型为一面有立体结构的厚度为0.02～5mm的基底；
步骤二：制作柔性的本体电路层(3)；
步骤三：将本体电路层(3)转移到下基底(2)上；
步骤四：在本体电路层(3)两端引出电极(4)；
步骤五：采用步骤一同样的方法制作上基底(1)，将上基底(1)压覆在本体电路层(3)上；或者在本体电路层(3)上覆盖弹性有机材料，形成上基底(1)；所述电极(4)部分露出压感传感器。
7.根据权利要求6所述的一种压感传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤三中的转移方法为：将蚀刻好导电线路层的本体电路层(3)漂浮在溶液中捞取并放置在下基底(2)上；或者使用双面胶转移到下基底(2)上；或者使用水性胶水转移到下基底(2)上。
8.根据权利要求7所述的一种压感传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤四中，采用导电胶粘合或者镀层的方法制作电极(4)；所述步骤五中，在本体电路层(3)上覆盖弹性有机材料的方法为采用喷涂或者滚涂或者旋涂或者印刷或者点胶的方法，形成0.02～5mm厚的弹性基底。
9.一种如权利要求5所述的一种压感传感器的压力检测方法，其特征在于：电源信号电路(31)给传感器加载恒压或恒流或方波信号源；传感器受到压力后，主体电路层(3)形变，所述信号采集电路(32)采集主体电路层(3)形变带来的电阻变化量；所述数模转换电路(33)对信号采集电路(32)采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路(34)进行分析，计算阻值变化量，依据基底材料型变的材料特性参数，通过标准压力校准得到压力值，压力值通过信号输出电路(35)输出给终端设备主控(5)。

说明书全文

一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺。

背景技术

[0002] 压力传感器被广泛应用于智能制造产业，但现有的压力传感器，感测方式及内部结构过于复杂，需要极为精密的电子控制系统，生产成本过高，而且大小厚度等都很受限制，无法做出超薄的压力传感器，灵敏度也极为有限，对于精密的微小压力无法准确测得。

发明内容

[0003] 本发明的第一个目的是提供一种能灵敏检测微小压力的压感传感器。

[0004] 实现本发明第一个目的的技术方案是一种压感传感器，包括上基底、下基底、本体电路层和引出电极；所述上基底和下基底为弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；所述本体电路层为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；所述本体电路层夹设在上基底和下基底之间，均匀覆盖在上基底和下基底的立体结构上，且在本体电路层的两端分别引出电极。

[0005] 所述上基底和下基底上的立体结构的截面为连续的V形；或者截面为连续的U形；或者截面为连续的正弦波形；或者立体结构为均匀分布的三棱锥；或者立体结构为均匀分布的尺寸相同的球面立体结构；或者前述立体结构的组合；前述立体结构根据功能要求设计成尺寸相同或者尺寸不同的连续结构。

[0006] 所述上基底和下基底的弹性模量为0.002～0.05Gpa，泊松比为0.1～1，厚度为为0.02～5mm。

[0007] 所述本体电路层的导电线路层为石墨烯导电线路；或者碳纳米管碳基导电线路；或者金属氧化物导电线路；或者金属和碳基复合导电线路；或者有机导电材料导电线路；或者有机导电材料和碳基材料的复合导电线路；或者有机导电材料和金属复合导电线路。

[0008] 所述引出电极为弹性碳基导电电极或者金属电极或者FPC电极或者有机基底镀导电膜的电极。

[0009] 所述本体电路层的导电线路包括电源信号电路、信号采集电路、数模转换电路、MCU主控电路和信号输出电路；所述电源信号电路为MCU主控电路供电，为压感传感器提供信号源；所述信号采集电路采集主体电路形变带来的电阻变化量；所述数模转换电路对信号采集电路采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路进行分析，分析结果通过信号输出电路输出给终端设备主控。

[0010] 本发明的第二个目的是提供一种制造压感传感器的制造方法。

[0011] 实现本发明第二个目的的技术方案是一种压感传感器的制造方法，包括以下步骤：

[0012] 步骤一：制作下基底；采用有所需立体结构的薄膜为模具，将弹性有机材料灌注到模具中成型为一面有立体结构的厚度为0.02～5mm的基底；

[0013] 步骤二：制作柔性的本体电路层；

[0014] 步骤三：将本体电路层转移到下基底上；

[0015] 步骤四：在本体电路层两端引出电极；

[0016] 步骤五：采用步骤一同样的方法制作上基底，将上基底压覆在本体电路层上；或者在本体电路层上覆盖弹性有机材料，形成上基底；所述电极部分露出压感传感器。

[0017] 所述步骤三中的转移方法为：将蚀刻好导电线路层的本体电路层漂浮在溶液中捞取并放置在下基底上；或者使用双面胶转移到下基底上；或者使用水性胶水转移到下基底上。

[0018] 所述步骤四中，采用导电胶粘合或者镀层的方法制作电极；所述步骤五中，在本体电路层上覆盖弹性有机材料的方法为采用喷涂或者滚涂或者旋涂或者印刷或者点胶的方法，形成0.02～5mm厚的弹性基底；硬度值为0～20度。

[0019] 本发明的第三个目的是提供一种检测微小压力的压感传感器的压力检测方法。

[0020] 实现本发明的第三个目的的技术方案是一种压感传感器的压力检测方法，电源信号电路给传感器加载恒压或恒流或方波信号源；传感器受到压力后，主体电路层形变，所述信号采集电路采集主体电路层形变带来的电阻变化量；所述数模转换电路对信号采集电路采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路进行分析，计算阻值变化量，依据基底材料型变的材料特性参数，通过标准压力校准得到压力值，压力值通过信号输出电路输出给终端设备主控。

[0021] 采用了上述技术方案后，本发明具有下述积极的效果：(1)本发明通过施加在传感器的柔性基底表面的力量产生基材立体型变，基材立体型变同时位于基材中的立体的电路结构形成立体形变，从而形成电阻变化，通过电极加载恒流或恒压或方波或其他波形的电源，测量电流变化量或电压变化量即可以得到电阻变化量，通过计算材料的弹性模量特性和标定单位电阻变化量的型变量，即可计算出收到的压力值，结构简单，测量结果准确，而且灵敏度高。

[0022] (2)本发明通过调节本体电路的立体结构以及基底的特性及厚度结构，可以得到不同压力分辨率的传感器。

[0023] (3)本发明的一种优选方案是本体电路采用石墨烯薄膜，导电性能好，厚度非常薄，因此可以得到超薄的压感传感器，而且石墨烯对压力的灵敏度非常高，压感传感器的分辨率可以测量0.01g～200KG的压力，实现了对微小的压力的检测。附图说明

[0024] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

[0025] 图1为本发明的结构示意图。

[0026] 图2为本发明按压后形变的结构示意图。

[0027] 图3为本体电路层的电路图。

[0028] 附图中标号为：

[0029] 上基底1、下基底2、本体电路层3、电源信号电路31、信号采集电路32、数模转换电路33、MCU主控电路34、信号输出电路35、引出电极4、终端设备主控5。

具体实施方式

[0030] (实施例1)

[0031] 见图1，本实施例的一种压感传感器，包括上基底1、下基底2、本体电路层3和引出电极4；上基底1和下基底2为弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；本体电路层3为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；本体电路层3夹设在上基底1和下基底2之间，均匀覆盖在上基底1和下基底2的立体结构上，且在本体电路层3的两端分别引出电极4。上基底1和下基底2上的立体结构的截面为连续的尺寸相同的V形；或者截面为连续的尺寸相同的U形；或者截面为连续的尺寸相同的正弦波形；或者立体结构为均匀分布的尺寸相同的三棱锥；说着立体结构为均匀分布的尺寸相同的球面。上基底1和下基底2的弹性模量为0.002～0.05Gpa，泊松比为0.1～1，厚度为为0.02～5mm，硬度值为0～20度。本体电路层3的导电线路层为石墨烯导电线路；或者碳纳米管碳基导电线路；或者金属氧化物导电线路；或者金属和碳基复合导电线路；或者有机导电材料导电线路；或者有机导电材料和碳基材料的复合导电线路；或者有机导电材料和金属复合导电线路。引出电极4为弹性碳基导电电极或者金属电极或者FPC电极或者有机基底镀导电膜的电极。

[0032] 见图3，本体电路层3的导电线路包括电源信号电路31、信号采集电路32、数模转换电路33、MCU主控电路34和信号输出电路35；电源信号电路31为MCU主控电路34供电，为压感传感器提供信号源；信号采集电路32采集主体电路3形变带来的电阻变化量；数模转换电路33对信号采集电路32采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路34进行分析，分析结果通过信号输出电路35输出给终端设备主控5。电源信号电路31给传感器加载恒压或恒流或方波信号源；传感器受到压力后(如图2所示，手指按压)，主体电路层3形变，信号采集电路32采集主体电路层3形变带来的电阻变化量；数模转换电路33对信号采集电路32采集的数据进行数模转换，将该数据传给MCU主控电路34进行分析，计算阻值变化量，依据基底材料型变的材料特性参数，通过标准压力校准得到压力值，压力值通过信号输出电路35输出给终端设备主控5。

[0033] 压感传感器的制造方法，包括以下步骤：

[0034] 步骤一：制作下基底2；采用有所需立体结构的薄膜为模具，将弹性有机材料灌注到模具中成型为一面有立体结构的厚度为0.02～5mm的基底；图1中所示的立体结构为连续的V型。

[0035] 步骤二：制作柔性的本体电路层3；将蚀刻好导电线路层的本体电路层3漂浮在溶液中捞取并放置在下基底2上；或者使用双面胶转移到下基底2上；或者使用水性胶水转移到下基底2上；

[0036] 步骤三：将本体电路层3转移到下基底2上；

[0037] 步骤四：在本体电路层3两端引出电极4；采用导电胶粘合或者镀层的方法制作电极4；

[0038] 步骤五：采用步骤一同样的方法制作上基底1，将上基底1压覆在本体电路层3上；或者在本体电路层3上采用喷涂或者滚涂或者旋涂或者印刷或者点胶的方法，形成0.02～
5mm厚的弹性基底，作为上基底1；电极4部分露出压感传感器。

[0039] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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