本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及一種電感式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、壓力傳感器是能感受壓力信號(hào)，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號(hào)的器件或裝置。電磁感應(yīng)原理是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì)，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)使閉合回路的電子流動(dòng)，形成感應(yīng)電流。

2、電感式壓力傳感器是一種基于電磁感應(yīng)，將待測(cè)量的壓力變化轉(zhuǎn)換為自身電感值變化的的傳感器。當(dāng)受到外部壓力作用時(shí)，壓力傳感器的磁鐵產(chǎn)生位移，穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成感應(yīng)電流，通過測(cè)量電流的變化可以準(zhǔn)確地得到外部壓力變化的信息。

3、目前，現(xiàn)有的電感式傳感器大多數(shù)響應(yīng)速度較慢，不適合快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的場(chǎng)合，而且存在分辨率較低，穩(wěn)定性差等問題。為了解決上述問題，有必要研究一種同時(shí)兼具較高的靈敏度和較寬的檢測(cè)范圍，并可快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)壓力的電感式壓力傳感器，應(yīng)用于各種需要快速進(jìn)行壓力檢測(cè)的場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種電感式壓力傳感器及其制備方法，具較高的靈敏度和較寬的檢測(cè)范圍，用于快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)的壓力檢測(cè)。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種電感式壓力傳感器，包括：由下至上依次設(shè)置的襯底、線圈陣列、絕緣層、輸出電路、支撐墻體、pdms薄膜；

3、所述襯底和pdms薄膜之間通過支撐墻體形成支撐空腔；

4、若干個(gè)永磁鐵鑲嵌于pdms薄膜內(nèi)部凹槽中，pdms薄膜受到壓力時(shí)，pdms薄膜帶動(dòng)永磁鐵位置發(fā)生變化；

5、所述線圈陣列設(shè)置于支撐空腔下部，線圈陣列和輸出電路通過設(shè)置于絕緣層內(nèi)的連接孔連接，線圈陣列和pdms薄膜之間形成壓力傳遞空腔間隙，用于擴(kuò)大壓力檢測(cè)范圍。

6、具體地，所述襯底為si，所述線圈陣列設(shè)置于襯底上方，所述絕緣層用于隔絕所述線圈陣列和輸出電路，所述線圈陣列和輸出電路為cu，所述絕緣層為al2o3。

7、具體地，所述線圈陣列和輸出電路的厚度為分別200nm，所述絕緣層的厚度為100nm，所述支撐墻體的厚度為40μm，所述pdms薄膜的厚度為450μm。

8、進(jìn)一步地，線圈陣列以5*5陣列整齊排列，用于增大輸出電流，每個(gè)線圈以等距螺旋線的方式旋轉(zhuǎn)10圈。

9、具體地，絕緣層內(nèi)連接線圈陣列和輸出電路的連接孔包括若干個(gè)大圓孔和小圓孔，所述大圓孔直徑為140μm，所述小圓孔直徑為80μm，輸出電路掩模版將每個(gè)大圓孔連接到一起，并將每個(gè)小圓單獨(dú)連接。

10、具體地，所述永磁鐵為n52型銣鐵硼材料，形狀為圓柱體，直徑為500μm，高度為200μm。

11、具體地，所述支撐墻體為光刻膠，支撐墻體與pdms薄膜通過環(huán)氧樹脂連接。

12、本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種電感式壓力傳感器的制備方法，用于制備上述任一電感式壓力傳感器，包括以下步驟：

13、s1、利用線圈陣列掩模版和磁控濺射，在所述襯底沉積線圈陣列；

14、s2、利用絕緣層掩模版和磁控濺射，在所述線圈陣列上沉積絕緣層，用于隔絕所述線圈陣列和輸出電路，只通過貫穿于絕緣層的連接孔連接；

15、s3、利用輸出電路掩模版和磁控濺射，在所述絕緣層上沉積輸出電路；

16、s4、利用支撐墻體掩模版，在所述輸出電路上光刻出支撐墻體圖形；

17、s5、另取襯底，利用凹槽掩模版在襯底上光刻出凹槽圖形；

18、s6、在所述凹槽圖形表面涂覆pdms基材和固化劑的混合液，待其固化后剝離取下；

19、s7、將永磁鐵鑲嵌到pdms薄膜的凹槽中；

20、s8、在鑲嵌有永磁鐵的pdms薄膜表面再次涂覆pdms基材和固化劑的混合液，然后固化；

21、s9、將所述pdms薄膜與支撐墻體連接到一起，形成電感式壓力傳感器。

22、特別地，步驟s1中在所述襯底沉積線圈陣列之前，在所述襯底上采用磁控濺射沉積一層cr薄膜，用于提高襯底和線圈陣列的粘附性。

23、進(jìn)一步地，所述磁控濺射，直流功率為150w，壓強(qiáng)為5mtorr，流量為50sccm，轉(zhuǎn)速為10rpm。

24、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

25、本發(fā)明電感式壓力傳感器，對(duì)動(dòng)態(tài)壓力有快速明顯的電學(xué)響應(yīng)特性，同時(shí)兼具較高的靈敏度和較寬的檢測(cè)范圍，在pdms薄膜受到壓力時(shí)，通過pdms薄膜位置變化帶動(dòng)永磁鐵位置發(fā)生變化，由于處于pdms薄膜和線圈陣列之間的空腔間隙較大，所以具有較寬的壓力檢測(cè)范圍，此外，線圈陣列通過5*5陣列的方式排列，增大了輸出電流，提高了靈敏度。

技術(shù)特征：

1.一種電感式壓力傳感器，其特征在于，包括由下至上依次設(shè)置的襯底(7)、線圈陣列(6)、絕緣層(5)、輸出電路(4)、支撐墻體(3)、pdms薄膜(1)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述襯底(7)為si，所述線圈陣列(6)設(shè)置于襯底上方，所述絕緣層(5)用于隔絕所述線圈陣列(6)和輸出電路(4)，所述線圈陣列(6)和輸出電路(4)為cu，所述絕緣層(5)為al2o3。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述線圈陣列(6)和輸出電路(4)的厚度為分別200nm，所述絕緣層(5)的厚度為100nm，所述支撐墻體(3)的厚度為40μm，所述pdms薄膜(1)的厚度為450μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述線圈陣列(6)以5*5陣列整齊排列，用于增大輸出電流，每個(gè)線圈以等距螺旋線的方式旋轉(zhuǎn)10圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，絕緣層(5)內(nèi)連接線圈陣列(6)和輸出電路(4)的連接孔包括若干個(gè)大圓孔和小圓孔，所述大圓孔直徑為140μm，所述小圓孔直徑為80μm，所述輸出電路將每個(gè)大圓孔連接到一起，并將每個(gè)小圓單獨(dú)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述永磁鐵(2)為n52型銣鐵硼材料，形狀為圓柱體，直徑為500μm，高度為200μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述支撐墻體(3)為光刻膠，支撐墻體(3)與pdms薄膜(1)通過環(huán)氧樹脂連接。

8.一種電感式壓力傳感器的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電感式壓力傳感器，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電感式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，步驟1中在所述襯底(7)沉積線圈陣列(6)之前，在所述襯底(7)上采用磁控濺射沉積一層cr薄膜，用于提高襯底和線圈陣列的粘附性。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電感式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射，直流功率為150w，壓強(qiáng)為5mtorr，流量為50sccm，轉(zhuǎn)速為10rpm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電感式壓力傳感器及其制備方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)包括用于產(chǎn)生感應(yīng)電流的5*5線圈陣列、輸出電信號(hào)的電路、電路和線圈間的絕緣層、線圈和永磁鐵之間的支撐墻體以及PDMS薄膜和鑲嵌于薄膜中的永磁鐵。本發(fā)明電感式壓力傳感器利用電磁感應(yīng)原理，對(duì)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)具有快速明顯的電學(xué)響應(yīng)特性，PDMS薄膜有良好的抗壓縮變形性、優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和粘結(jié)性，在受到壓力時(shí)通過PDMS薄膜位置變化帶動(dòng)永磁鐵位置發(fā)生變化，由于處于PDMS薄膜和線圈陣列之間的空腔間隙較大，使得傳感器具有較寬的壓力檢測(cè)范圍；同時(shí)，線圈陣列通過5*5陣列的方式排列，增大了輸出電流，提高了靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：章偉,熊賢輝,石云飛,畢亞麗,劉志遠(yuǎn),賴國(guó)峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6