技术领域
[0001] 本
发明属于曲率传感器设计技术领域，具体涉及一种电阻式曲率传感器。
背景技术
[0002] 物体的曲率是一个非常重要的几何参数，其准确的测量对于医疗健康监测或工业生产具有十分重要的意义。运动员的关节康复训练监测、青少年的坐姿监测以及监护病人的呼吸监测都可以通过曲率传感器来实现。
[0003] 现有曲率传感器产品的种类繁多，其原理包括利用光纤光栅测量方法、磁学测量方法、声学测量方法，然而这些方法大多数实现过程比较复杂，设计制作成本比较高，使用范围有一定的局限性。中国
专利CN201611048366提出一种柔性曲率传感器，然而由于金属拉伸率的限制，可测量程较小，长时间动态监测时容易发生疲劳破坏。
发明内容
[0004] 针对现有曲率传感器的缺点，本发明的目的是提供一种电阻式曲率传感器，这种设计可以显著增大曲率传感器的弹性量程。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 一种电阻式曲率传感器，包括绝缘衬底、粘接层和导电膜，所述绝缘衬底的两侧表面上分别通过粘接层粘接所述导电膜；
[0007] 所述导电膜为曲线结构或网孔结构。
[0008] 进一步地，所述导电膜为曲线结构，所述曲线结构包括与所述曲率传感器所测曲率圆的切线方向一致的第一线段以及与所测曲率圆的切线方向不一致的第二线段；
[0009] 所述第一线段的宽度小于与所述第二线段的宽度，以实现较大的灵敏系数。
[0010] 进一步地，所述第一线段为直线段；
[0011] 所述第二线段为曲线段或直线段。
[0012] 进一步地，所述导电膜为网孔结构，所述导电膜上的网孔形状相同或不同；所述导电膜上的网孔大小相同或不同。
[0013] 进一步地，所述导电膜上的网孔呈周期排列。
[0014] 进一步地，所述网孔形状为六边形、椭圆形或菱形；优选地，当所述网孔形状为六边形孔时，与所测曲率圆的切线方向一致的网线的宽度最小。
[0015] 进一步地，所述导电膜两端分别连接引出线。
[0016] 进一步地，所述粘接层为弹性软胶；优选为OCA胶膜、Silbione弹性软胶、PDMS和Ecoflex
硅橡胶。
[0017] 进一步地，还包括封装膜，将粘接有导电膜的绝缘衬底包裹封装；优选地，所述封装膜为弹性
薄膜；更优选地，所述封装膜为PDMS薄或Ecoflex薄膜。
[0018] 进一步地，所述导电膜的材料为康
铜、新康铜、镍铬
合金、镍铬
铝合金、
铁铬
铝合金、铂、铂钨合金等金属；
半导体单晶硅；
石墨烯中的任一种；所述绝缘衬底的材料为聚酰亚胺、酚
醛树脂、环
氧树脂中的任一种。
[0019] 本发明公开的技术效果为：
[0020] (1)相比光纤式曲率传感器，本发明结构简单，成本低廉。
[0021] (2)相比于以往柔性曲率传感器，由于粘接层采用软胶协调了一定的
变形，曲线结构或网孔结构本身又具有良好的可拉伸性，所以本发明的量程更大，其弹性量程可提高数倍。
附图说明
[0022] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
[0023] 图1是本发明提供的曲率传感器的主视图；
[0024] 图2是一种曲线形结构导电膜的结构示意图；
[0025] 图3是另一种曲线形结构导电膜的结构示意图；
[0026] 图4是导电膜上分别为六边形、菱形和椭圆形的网孔结构示意图；
[0027] 图5是一种网孔为六边形的电阻式曲率传感器的俯视图；
[0028] 图6是图5中间网孔结构部分的局部放大图；
[0029] 图7是一种网孔为菱形的电阻式曲率传感器的俯视图；
[0030] 其中，填充斜线的区域表示导电膜，填充交叉网格线的区域表示绝缘衬底，填充细点的区域表示弹性软胶。
[0031] 附图标记：
[0032] 1.绝缘衬底，2.导电膜，21.第一线段，22.第二线段，a.六边形网孔，a1.较细网线，a2.较宽网线，b.菱形网孔，c.椭圆形网孔，3.弹性软胶。
具体实施方式
[0033] 下面将参考附图并结合具体实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行
修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附
权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0034] 一种电阻式曲率传感器，如图1所示，包括绝缘衬底1、粘接层和导电膜2，绝缘衬底1的两侧面上分别通过粘接层粘接导电膜2；导电膜2可以为曲线结构或为网孔结构。
[0035] 当导电膜2为曲线结构时，如图2和图3所示，该曲线结构包括与所述曲率传感器所测曲率圆的切线方向一致的第一线段21以及与所测曲率圆的切线方向不一致的第二线段22；同时第一线段21的宽度小于与第二线段22的宽度，如此设置的目的是较细线段承担电
阻变化的功能，具体就是说较细的线在应变片拉伸或压缩时产生电阻变化，且其阻值相对于斜边更大，因此占主导地位。而与应变方向有夹
角的直线段或曲线段较宽，承担扩大弹性量程的功能。
[0036] 本发明的一种实施方式中，曲线形导电膜22上，与所测曲率圆的切线方向一致的第一线段2121通常为直线段，而与所测曲率圆的切线方向不一致的第二线段2222则可以为直线段也可以为曲线段，而当设置成曲线段时，曲率传感器的量程更大。
[0037] 当导电膜2为网孔结构时，为了提高导电均匀性，优选导电膜2上的网孔呈周期排列。导电膜2上的网孔形状可以相同或不同，网孔的大小可以相同或不同。在保证导电均匀性的前提下，导电膜2的网孔形状优选相同且呈周期排列。
[0038] 本发明的一种实施方式中，如图4所示，网孔形状可以为六边形网孔a、椭圆形网孔c或菱形网孔b，当然，在保证能够提高拉伸性的同时保持灵敏系数前提下，也可以采用其他符合制作要求的形状网孔。如图5所示，为网孔结构为六边形的导电膜2的结构示意图，如图7所示，是网孔结构为菱形的导电膜2的结构示意图。
[0039] 本发明的一种实施方式中，导电膜2外轮廓为矩形，网孔形状为六边形，六边形网孔a中，与所测曲率圆的切线方向一致的网线的宽度最小。
[0040] 本发明的一种实施方式中，导电膜2的厚度小于0.1mm，优选为0.001-0.01mm，绝缘衬底1的厚度可以为0.01-2mm，优选为0.01-0.5mm。
[0041] 本发明的一种实施方式中，导电膜2两端分别连接引出线，用以和外部
电路测量连接。
[0042] 本发明的一种实施方式中，粘接层使用
弹性模量小于100MPa的弹性软胶3即可；优选为OCA胶膜、Silbione弹性软胶3、PDMS和Ecoflex硅橡胶。
[0043] 本发明的一种实施方式中，导电膜2的网孔结构是在导电膜2上打孔，再将打孔后的导电膜2粘贴在绝缘衬底1上，对于六边形孔，与所测曲率圆的切线方向一致的网线的宽度最小。如图6所示，为图5中部分六边形网孔a的局部放大图，该图中可以看出，六边形网孔a中，a1所示为较细网线，a2所示为较宽网线，如此设置的目的是较细网线承担电阻变化的功能，具体就是说较细的网线在曲率传感器弯曲时受拉或受压，因此电阻会变化，且其阻值相对于斜边更大，因此占主导地位。与拉伸方向有夹角的线段较宽，承担扩大弹性量程的功能。
[0044] 导电膜2上的网孔制作时，可以采用
激光器或等离子
刻蚀机按预设图案将导电膜2切割或刻蚀出网孔结构。
[0045] 本发明的一种实施方式中，绝缘衬底1为
聚合物薄膜，可以将导电膜2与聚合物薄膜进行粘接，粘接时，可以选用弹性软胶3将两张网孔结构导电膜2粘贴到聚合物薄膜的两面上。如图1所示，为本发明提供的两个导电膜2分别和聚合物薄膜的两个表面通过弹性软胶3粘接后的曲率传感器的主视图，可以明显看到各层的分布，上下两层的导电膜2分别
覆盖在绝缘衬底1上，二者分别通过弹性软胶3与绝缘衬底1粘接。
[0046] 粘接完成后，还需要对曲率传感器两端
焊接或粘接与外部电路连接的引线，引线设置完成后，还可以根据曲率传感器的具体使用环境决定是否需要对其进行封装。当使用环境相对封闭，不易产生粉尘或者环境污染时，可以选择不封装。
[0047] 当需要封装时，可以选择弹性薄膜进行封装，将覆有导电膜2的绝缘衬底1包裹封装；封装膜可以选用现有的PDMS薄或Ecoflex薄膜。
[0048] 本发明中提供的导电膜2的材料为康铜、新康铜、镍铬合金、镍铬铝合金、铁铬铝合金、铂、铂钨合金等金属；半导体单晶硅；
石墨烯中的任一种。
[0049] 绝缘衬底1的材料为聚酰亚胺、
酚醛树脂、
环氧树脂中的任一种。
[0050] 实施例：
[0051] 一种电阻式曲率传感器，其中的导电膜上的网孔形状为六边形。
[0052] 尺寸设计：PI薄膜厚0.4mm，两层康铜薄膜均厚0.005mm，两层弹性胶均厚0.05mm，网状结构沿拉伸方向的线段长20mm，宽0.05mm，与拉伸方向成60度角的线段长20mm，宽0.7mm，线段间的
倒角半径为1mm。
[0053] 材料本身弹性应变极限为0.3％，曲率传感器量程为12m-1，通过网孔设计，曲率传感器的弹性量程增加到72m-1以上，达到最大量程时两侧导电膜的电阻变化率为约0.26％。将引线接入惠更斯电桥，若输入
电压为5V，最大可获得十毫伏级电压输出。
[0054] 以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
