本發(fā)明涉及傳感器技術領域，更具體的涉及一種流體壓力傳感器。

背景技術：

流體壓力傳感器是一種將流體所受壓力轉化為電壓或者電流信號的變換器,涉及微電子、材料、力學、化學、機械學等諸多學科領域。

傳統(tǒng)流體壓力傳感器所測的壓力大小是利用應變片的阻值變化從而改變了電信號來檢測的。傳統(tǒng)的硅壓阻式壓力傳感器，它的特點是將電阻排列在硅膜的外部，直接和檢測環(huán)境相接觸，使得檢測環(huán)境所帶來的腐蝕流體，或是環(huán)境中的粉塵污染，都會對壓力傳感器的正常工作帶來負面的影響，這樣不論是壓力傳感器的元件性能還是其使用壽命都會大大減少。

綜上所述，現有技術中的壓阻式流體壓力傳感器，存在電阻直接與檢測環(huán)境接觸，導致工作性能降低，使用壽命減少的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明實施例提供一種流體壓力傳感器，用以解決現有技術中的壓阻式流體壓力傳感器，存在電阻直接與檢測環(huán)境接觸，導致工作性能降低，使用壽命減少的問題。

本發(fā)明實施例提供一種流體壓力傳感器，包括：基底、PDMS材料層、壓力探針、電極和電流測量裝置；

所述PDMS材料層設置在所述基底上，并且所述PDMS材料層的底部設置有通槽，所述通槽與所述基底的頂面構成流體通道；所述壓力探針設置在所 述PDMS材料層頂面上；兩個所述電極分別設置在所述流體通道的兩管口處；

所述壓力探針，用于獲取施加在所述PDMS材料層頂面上的外力值；兩個所述電極、流經所述流體通道的流體、以及位于所述流體通道外部的電源構成電回路，所述電流測量裝置用于獲取所述電回路的電流值，其中，所述電源的兩端分別與兩個所述電極連接。

較佳地，所述基底采用玻璃材料。

較佳地，所述流體通道為長方體結構。

較佳地，所述電流測量裝置采用電流表，所述電流表串接在所述電回路中，并且所述電流表位于所述流體通道外部。

較佳地，所述壓力探針為傳感器芯片形式的壓力探針。

本發(fā)明實施例中，提供一種流體壓力傳感器，該傳感器采用玻璃基底和PDMS材料加工成品PDMS壓力傳感器，流經流體通道的流體作為電阻，解決了電阻直接與檢測環(huán)境接觸，導致工作性能降低，使用壽命減少的問題；進一步，利用壓力作用在PDMS材料上使其變形，從而帶來了所通流體的流量改變，進而改變了流體中的電荷分布從而改變流體所通電流的大小，通過電流數值的改變來間接反映壓力的變化情況，提升了響應速度，縮短了響應時間，在保證較高靈敏度的性能條件下，高效率的實現流體的壓力檢測，具有精度高，測量范圍廣，壽命長，結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，成本低，易于實現小型化、整體化和品種多樣化等特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器側視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在四種電壓下的壓力與電流曲線圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的基于一種流體壓力傳感器在四種電壓下的壓力 與電流曲線圖的線性擬合圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同壓力下流體通道的變形示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同壓力下PDMS材料層的變形示意圖；

圖7(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器中流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖；

圖7(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖；

圖8(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器中PDMS材料層在不同厚度下PDMS流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖；

圖8(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖；

圖9(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同楊氏模量的情況下1V電壓時流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖；

圖9(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖；

圖10(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同流體通道高度下流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖；

圖10(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同流體通道高度下外加1V電壓流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖

附圖標記說明：

1-基底，2-PDMS材料層，21-流體通道，3-壓力探針，4-電極。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器包括：基底1、PDMS材料層2、壓力探針3、電極4和電流測量裝置。

需要說明的是，基底1采用玻璃材料，構成玻璃基底。

需要說說明的是，PDMS材料層2是指聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料層。

具體地，PDMS材料層2設置在基底1上，并且PDMS材料層2的底部設置有通槽，通槽與基底1的頂面構成流體通道21；壓力探針3設置在PDMS材料層2頂面上；兩個電極4分別設置在流體通道21的兩管口處。

需要說明的是，流體通道21為長方體結構；PDMS材料層2和基底1鍵合，形成兩端有通口、其余位置封閉的的完整管道。

具體地，壓力探針3，用于獲取施加在PDMS材料層2頂面上的外力值；兩個電極4、流經流體通道21的流體、以及位于流體通道21外部的電源構成電回路，電流測量裝置用于獲取電回路的電流值，其中，電源的兩端分別與兩個電極4連接。

需要說明的是，本發(fā)明中的電流測量裝置采用電流表，電流表串接在電回路中，并且電流表位于流體通道21外部；電源和兩個電極4相連對流體施加電場，電流表測量流體電流大小。

需要說明的是，外力作用在PDMS材料上使其變形，從而使PDMS材料層2內所通流體的流量改變進一步使得流體中的電荷分布發(fā)生變化，從而導致流體所通電流的大小改變，通過電流來間接反映壓力，實現了壓力信號到電信號的轉換。

較佳地，壓力探針3為傳感器芯片形式的壓力探針。

需要說明的是，壓力探針3可以為壓力探針器件，也可以為具有壓力探測功能的傳感器芯片，具體地，壓力探針3包括傳感器芯片等各種形式的壓力探針。

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器側視圖。如圖2所示，PDMS材料層2頂面上施加了箭頭向下壓力，流體通道21內的流體對PDMS材料層2產生了箭頭向上的反作用力。

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在四種電壓下的壓力與電流曲線圖。如圖3所示，電回路中的電源電壓分別采用1V、5V、10V和20V時，測量的壓力值和電流值的對應曲線關系?？梢钥闯?，通過電壓的改變引起的電流值的變化趨于一致，呈近似的線性關系。

圖4為本發(fā)明實施例提供的基于一種流體壓力傳感器在四種電壓下的壓力與電流曲線圖的線性擬合圖。圖4為對圖3所示的四種壓力電流曲線圖進行線性擬合的擬合圖，其線性度良好，因此可知，本發(fā)明設計的流體壓力傳感器精度高，靈敏度高。

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同壓力下流體通道的變形示意圖。如圖5所示，圖中顯示了在COMSOL Mulitphysics仿真軟件中模擬不同壓力下流體通道的變形仿真結果。其中，圖5(a)中F＝0N，流體通道21并沒有發(fā)生形變；圖5(b)中F＝1.5mN，流體通道21發(fā)生了輕微形變；圖5(c)中F＝3mN，流體通道21發(fā)生形變，內部通道受到一定的擠壓并變形；圖5(d)中F＝4.5mN，流體通道21產生較大形變，通道內流體流量減少，從而引起電流的變化。

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同壓力下PDMS材料層的變形示意圖。如圖6所示，圖中顯示了在COMSOL Mulitphysics仿真軟件中PDMS材料層2在不同壓力變化下的變形情況的模擬情況。其中，四幅圖中的負載壓力：圖6(a)為0mN，圖6(b)為1.5mN，圖6(c)為3mN，圖6(d)為4.5mN，可以看出在壓力逐漸變大的同時PDMS材料層2的變形程度也在不斷增大。

圖7(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器中流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖。其中，隨著壓力不斷增加，流體通道21中心離基底的高度呈線性下降。

圖7(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖。其中，當壓力不斷增加時，流體通道內等效電導呈弧線不斷下降。

圖8(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器中PDMS材料層在不同厚度下PDMS流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖。其中，變化趨勢與圖7(a)變化趨勢相同，圖中三條變化曲線，由上往下PDMS材料層2的厚度依次為150μm、125μm和100μm。

圖8(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖。其中，變化趨勢與圖7(b)變化趨勢相同，圖中三條變化曲線，由上往下PDMS層的厚度依次為150μm、125μm和100μm。

圖9(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同楊氏模量的情況下1V電壓時流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖。其中，隨著壓力不斷增加，流體通道21中心離基底1的高度呈線性下降，由上往下三條曲線表示的楊氏模量依次是900GPa、800GPa和700GPa。

圖9(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在外加1V電壓的情況下流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖。其中，隨著壓力不斷增加，等效電導在不斷下降，由上往下三條曲線表示的楊氏模量依次是900GPa、800GPa和700GPa。

圖10(a)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同流體通道高度下流體通道中心離基底的高度隨著壓力變化曲線圖。其中，外加電壓為1V，三條曲線由上到下流體通道高度依次為150μm、120μm和100μm，可以看出隨著壓力不斷增加，流體通道21中心離基底1的高度呈線性下降，同時三 條曲線平行，說明不同流道高度對流體通道21變形沒有影響。

圖10(b)為本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器在不同流體通道高度下外加1V電壓流體通道內的等效電導隨著壓力變化曲線圖。三條曲線由上到下流道高度依次是150μm、120μm和100μm，曲線趨勢相同且平行，說明不同流道高度對等效電導沒有影響。

本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器，其工藝流程為：在硅晶板上設計渠道，然后倒入液態(tài)的二甲基硅氧烷在這些硅晶板并加熱使二甲基硅氧烷變硬，當二甲基硅氧烷移除，即使是微米級的微流道設計細節(jié)也會印在PDMS(聚二甲基硅氧烷)板上的，利用反應離子蝕刻機(RIE)進行親水性表面改性，表面鍵結被破壞，通常是一塊載玻片放在激活的一側硅氧烷(側面的痕跡)，鍵結回到到正常狀態(tài)，玻璃是永久和PDMS板結合，從原本硅晶板上設計渠道變成一個防水通道。有了這個技術，低價地制作微流道、微混合器、微泵、微閥門等元件，最小的幾何尺寸也能達到納米等級。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的一種流體壓力傳感器，該傳感器采用玻璃基底和PDMS材料加工成品PDMS壓力傳感器，流經流體通道的流體作為電阻，解決了電阻直接與檢測環(huán)境接觸，導致工作性能降低，使用壽命減少的問題；進一步，利用壓力作用在PDMS材料上使其變形，從而帶來了所通流體的流量改變，進而改變了流體所通電流的大小，通過電流來間接反映壓力，提升了響應速度，縮短了響應時間，在保證較高靈敏度的性能條件下，高效率的實現流體的壓力檢測，具有精度高，測量范圍廣，壽命長，結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，成本低，易于實現小型化、整體化和品種多樣化等特點。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這 些改動和變型在內。