柔性壓力傳感器及其制造方法及柔性壓力傳感陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性壓力傳感器及其制造方法及柔性壓力傳感陣列，所述柔性壓力傳感器包括：彈性主體，用于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變；以及附著在所述彈性主體外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器。所述織物應(yīng)變傳感器包括：導(dǎo)電涂層，涂覆于基底層并緊貼所述彈性主體，所述導(dǎo)電涂層用于感應(yīng)所述形變并根據(jù)所述形變對應(yīng)形成電阻變化；針織布基底層，用于支撐所述導(dǎo)電涂層；柔性導(dǎo)線，連接所述導(dǎo)電涂層并用于輸出所述電阻變化；以及涂覆所述導(dǎo)電涂層表面的保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層各部分的感應(yīng)差異。
【專利說明】
柔性壓力傳感器及其制造方法及柔性壓力傳感陣列
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種對機械應(yīng)力敏感的柔性壓力傳感器及其制造方法及柔性壓力傳感陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力傳感器無論在工業(yè)領(lǐng)域還是個人使用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。例如電位檢測傳感器、誘導(dǎo)傳感器、電容型傳感器、壓電型傳感器、壓阻型傳感器、光學(xué)傳感器、流體傳感器以及應(yīng)變傳感器等多種壓力傳感技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。但是這些壓力傳感器普遍尺寸較大，硬度較大，且易受損，適用范圍交小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述傳統(tǒng)壓力傳感器硬度高、尺寸大易受損且適用面窄的缺陷，提供一種柔性壓力傳感器及其制造方法及柔性壓力傳感陣列。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種柔性壓力傳感器，包括:彈性主體，用于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變；以及附著在所述彈性主體外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器，其中:
[0005]所述織物應(yīng)變傳感器包括:
[0006]導(dǎo)電涂層:涂覆于基底層并緊貼所述彈性主體，所述導(dǎo)電涂層用于感應(yīng)所述形變并根據(jù)所述形變對應(yīng)形成電阻變化；
[0007]針織布基底層；用于支撐所述導(dǎo)電涂層；
[0008]固定織物層:用于加固所述柔性導(dǎo)線并界定所述織物應(yīng)變傳感器的可拉伸區(qū)域；
[0009]柔性導(dǎo)線:連接所述導(dǎo)電涂層并用于輸出所述電阻變化；
[0010]以及涂覆與所述針織布基底層背離所述彈性主體的外側(cè)面上對應(yīng)于所述導(dǎo)電涂層的位置處的保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層各部分的感應(yīng)差異。
[0011]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述針織布基底層兩端縫合成圈包圍在所述彈性主體外周，所述針織布基底層上與所述導(dǎo)電涂層兩側(cè)相鄰位置處對應(yīng)所述柔性導(dǎo)線貼附有固定織物層，所述固定織物層用于保護所述柔性導(dǎo)線且所述固定織物層的彈性模量大于所述導(dǎo)電涂層及所述針織布基底層的彈性模量。
[0012]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述織物應(yīng)變傳感器附著在所述彈性主體的赤道位置處的外側(cè)壁上。
[0013]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述針織布基底層沿所述彈性主體徑向與所述導(dǎo)電涂層正對的位置處通過硅膠與所述彈性主體固定膠接。
[0014]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述彈性主體具有圓形、橢圓形、方形或矩形的橫截面。
[0015]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述彈性主體由硅膠、聚烯烴和/或聚亞安酯制成。
[0016]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述柔性壓力傳感器還包括:
[0017]連接到所述柔性導(dǎo)線的壓力讀取裝置，用于將所述電阻變化轉(zhuǎn)換為壓力或壓強數(shù)值輸出。
[0018]本發(fā)明所述的柔性壓力傳感器中，所述柔性導(dǎo)線的一端通過導(dǎo)電膠在所述織物應(yīng)變傳感器上與所述導(dǎo)電涂層形成穩(wěn)定的電連接，所述柔性導(dǎo)線的另一端與所述壓力讀取裝置電連接。
[0019]進一步地，本發(fā)明還提供了一種柔性壓力傳感器的制造方法，所述柔性壓力傳感器為上述的壓力傳感器，所述方法包括:
[0020]S1、構(gòu)造所述彈性主體，所述彈性主體于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變；以及附著在所述彈性主體外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器:
[0021]在針織布基底層上涂覆導(dǎo)電復(fù)合物形成導(dǎo)電涂層；
[0022]緊鄰導(dǎo)電涂層位置處縫合固定柔性導(dǎo)線，并通過導(dǎo)電膠將柔性導(dǎo)線與所述導(dǎo)電涂層電連接；
[0023]在所述導(dǎo)電涂層的表面涂覆硅膠薄膜以形成保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層各部分的感應(yīng)差異；
[0024]S2、將所述織物應(yīng)變傳感器貼附在所述彈性主體上進行固定。
[0025]進一步地，本發(fā)明還提供一種柔性壓力傳感陣列，所述柔性壓力傳感陣列包括多個如上所述的柔性壓力傳感器，多個所述柔性壓力傳感器以矩陣結(jié)構(gòu)相互電連接。
[0026]實施本發(fā)明的柔性壓力傳感器及其制造方法以及柔性壓力傳感陣列，具有以下有益效果:本發(fā)明的柔性壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低、重量輕，因而制造更方便。此外，由于本發(fā)明的柔性壓力傳感器整體的柔性結(jié)構(gòu)，所以適用于現(xiàn)有的硬性傳感器無法進行檢測的情況。由于彈性主體采用硅膠，聚烯烴，聚亞安酯，或其他熱塑性彈性體，以及其共混體制成，由于該類材料，的泊松比較大，所述彈性主體的形變程度大，由此柔性傳感器的靈敏度更高。而設(shè)置在彈性主體外周的織物應(yīng)變傳感器由于不直接受力，且彈性形變大的彈性主體對受到的壓力進行了分散，因此本申請的柔性壓力傳感器的使用壽命更長，更耐用。
[0027]進一步地，涂覆在織物應(yīng)變傳感器表層的硅膠薄膜作為保護層能有效確保導(dǎo)電涂層的均勻形變，有助于減小織物應(yīng)變傳感器的電遲滯，進而進一步提高了柔性壓力傳感器的靈敏度以及準(zhǔn)確度。
[0028]此外，將織物應(yīng)變傳感器圍設(shè)在彈性主體的赤道位置處，彈性主體兩端受壓時，赤道部分形變最大，因此，將織物應(yīng)變傳感器放置在赤道位置處更容易檢測到形變，因此靈敏度更高。
[0029]柔性導(dǎo)線有多種安裝設(shè)置方式供用戶選擇。壓力讀取裝置可將電阻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓強數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
【附圖說明】
[0030]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0031]圖1是本發(fā)明的柔性壓力傳感器的第一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是圖1所示柔性壓力傳感器的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是圖2所示柔性壓力傳感器的織物應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明的柔性壓力傳感器的第一優(yōu)選實施例的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是利用圖3所述的檢測系統(tǒng)對本發(fā)明的柔性壓力傳感器的第一優(yōu)選實施例進行檢測獲得的壓強和電阻變化關(guān)系圖；
[0036]圖6是圖1所示柔性壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]本發(fā)明的柔性壓力傳感器包括彈性主體以及貼附在所示彈性主體外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器，彈性主體優(yōu)選規(guī)則的柱體，兩端面受壓時，彈性主體發(fā)生形變，側(cè)壁的織物應(yīng)變傳感器由于具有一定的伸縮性能可隨所示彈性主體的形變發(fā)生伸縮，由此可通過感應(yīng)所述彈性主體的形變而產(chǎn)生對應(yīng)于所述形變的電阻變化，并通過導(dǎo)線輸出以供檢測。
[0039]在圖1所示的本發(fā)明的柔性壓力傳感器的第一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖中，所述柔性壓力傳感器包括用于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變的彈性主體Q以及附著在彈性主體Q外側(cè)的織物應(yīng)變儀應(yīng)變傳感器P。為了方便固定，本實施例中的織物應(yīng)變傳感器P成圈狀包圍在所述彈性主體Q外周。
[0040]進一步地，參考圖2-3，本實施例的織物應(yīng)變傳感器P包括針織布基底層P3、導(dǎo)電涂層P1、固定織物層P4、柔性導(dǎo)線P5以及粘接部P2。導(dǎo)電涂層涂覆于針織布基底層P3并緊貼所述彈性主體Q，所述導(dǎo)電涂層用于感應(yīng)彈性主體Q的形變并根據(jù)所述形變對應(yīng)形成電阻變化。針織布基底層P3用于支撐所述導(dǎo)電涂層。柔性導(dǎo)線P5連接所述導(dǎo)電涂層Pl并用于輸出所述電阻變化，導(dǎo)電涂層Pl的電阻值變化將被測量，因此起到應(yīng)變感應(yīng)的作用。此外，本實施例的導(dǎo)電涂層Pl的表面位置處涂覆有保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層Pl的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層Pl各部分的感應(yīng)差異。應(yīng)當(dāng)理解，所述保護層所述固定織物層P4用于保護所述柔性導(dǎo)線且所述固定織物層P4的彈性模量大于所述導(dǎo)電涂層Pl以及針織布基底層P3的彈性模量。所述固定織物層P4貼附在所述針織布基底層P3與柔性導(dǎo)線P5相鄰位置處并緊貼在彈性主體Q的外表面，由于固定織物層P4的彈性模量遠大于所述導(dǎo)電涂層Pl以及針織布基底層P3的彈性模量，因此在織物應(yīng)變傳感器拉伸過程中認(rèn)為固定織物層P4不被拉伸，而柔性導(dǎo)線P5則固定在固定織物層P4上，由此實現(xiàn)對柔性導(dǎo)線P5的保護。所述柔性導(dǎo)線P5的一端通過導(dǎo)電膠在所述織物應(yīng)變傳感器P上與所述導(dǎo)電涂層Pl形成穩(wěn)定的電連接以便輸出所述導(dǎo)電涂層Pl的電阻變化。
[0041]所述導(dǎo)電涂層Pl由導(dǎo)電復(fù)合物制成，所述導(dǎo)電復(fù)合物通過在傳導(dǎo)模具中填充炭黑、碳納米管、石墨、石墨烯，碳納米纖維、本征導(dǎo)電聚合物、金屬微粒、金屬纖維或金屬薄片以形成矩陣聚合物制得。
[0042]在進一步具體的實施例中，例如固定織物層P4彈性模量為2.7GPa，而導(dǎo)電涂層Pl處的彈性模量為0.34MPa，因此在織物應(yīng)變傳感器拉伸過程中認(rèn)為固定織物層P4不被拉伸，而柔性導(dǎo)線P5則固定在固定織物層P4上，通過導(dǎo)電膠與導(dǎo)電涂層Pl電連接，因此固定織物層P4起到保護柔性導(dǎo)線的作用，應(yīng)當(dāng)理解在壓力傳感器的其他的應(yīng)用中還可以起到調(diào)節(jié)導(dǎo)電涂層Pl的應(yīng)變范圍的作用；在壓力傳感器中所述織物應(yīng)變傳感器P緊貼彈性主體Q的其余部件起承擔(dān)部分應(yīng)變的作用。
[0043]優(yōu)選地，本實施例中的保護層為硅膠薄膜，由于硅膠薄膜覆蓋在所述針織布基底層P3的背離彈性主體Q的導(dǎo)電涂層Pl的表面，導(dǎo)電涂層Pl由于彈性主體Q的形變而發(fā)生伸縮時，由于硅膠薄膜的覆蓋，使得導(dǎo)電涂層Pl的各部分之間的形變差異降低，并減輕了織物應(yīng)變傳感器P的電遲滯，進而有效提高了本申請的柔性壓力傳感器的靈敏度及準(zhǔn)確度。
[0044]如圖1-2所示，本申請的柔性壓力傳感器中，彈性主體Q為圓柱體，優(yōu)選硅膠材質(zhì)制成。所示彈性主體Q為直接承力部件，其楊氏模量將直接影響傳感器的測量范圍，而貼附在彈性主體Q外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器P可以檢測出不同的形變量。因此壓力測量范圍與所采用硅橡膠的楊氏模量成正比。在本申請的柔性壓力傳感器的設(shè)計中，設(shè)定硅膠圓柱型彈性主體的工作范圍為下壓一半高度(即彈性主體Q的軸向高度的一半)為工作范圍。因此在動態(tài)沖擊下，此時的壓強值可達到楊氏模量的兩倍。
[0045]在本申請中的柔性壓力傳感器優(yōu)選了楊氏模量在1-1OMPa的硅膠，以測量動態(tài)沖擊下l-20MPa的壓力。目前，模量1-1OMPa的硅膠均可從市面獲得。優(yōu)選地，彈性主體Q采用硅膠，聚烯烴，聚亞安酯，或其他熱塑性彈性體，以及其共混體制成，由于該類材料的泊松比較大，所述彈性主體的形變程度大，由此柔性傳感器的靈敏度更高。
[0046]本實施例的織物應(yīng)變儀應(yīng)變傳感器P成圈狀包圍在所述彈性主體Q的外周，即所述針織布基底層P3兩端縫合成圈包圍在所述彈性主體Q外周。所述針織布基底層P3沿所述彈性主體Q徑向與所述導(dǎo)電涂層Pl中央的正對位置處通過硅膠與所述彈性主體Q固定膠接形成有粘接部P2。優(yōu)選地，由于彈性主體Q的赤道位置處形變量最大，更容易檢測，因此本申請的織物應(yīng)變傳感器P優(yōu)選地套設(shè)在所述彈性主體Q的赤道位置處，即如圖2所示，彈性主體Q的高度為h，截面為直徑為d的圓，所述織物應(yīng)變傳感器P成圈狀套設(shè)在彈性主體P的高度為h/2的位置處。
[0047]本實施例中的導(dǎo)電涂層Pl的沿彈性主體Q周向的長度為a，沿彈性主體Q的軸向的寬度為b,可選的長寬比a/b為1-3之間，優(yōu)選地，圖1-2的實施例中的長寬比a/b為I。導(dǎo)電涂層Pl的寬度b與彈性主體Q的高度h有關(guān)，并為了保證導(dǎo)電涂層Pl的均衡受力，b應(yīng)當(dāng)盡可能的較小，但也需要兼顧生產(chǎn)加工的便利以及電阻測量的需要，在本申請的導(dǎo)電涂層Pl的寬度b優(yōu)選0.4-0.8h,在圖1-2所示的實施例中，優(yōu)選0.6h。
[0048]而彈性主體Q的高度h的值可以依據(jù)實際需求進行選擇，為了方便封裝和應(yīng)用，本實施例中選擇性將柔性傳感器的尺寸設(shè)置為高度h為5-15mm，其中對高度h為5mm的柔性壓力傳感器進行了實驗性測試。
[0049]參考圖1和圖2，該壓力傳感器受到法向壓力時，彈性主體Q受壓變矮而膨脹，(硅橡膠泊松比為0.48)，其中間部分的周長變大。這時，圍繞并緊貼在彈性主體Q上的織物應(yīng)變傳感器P受到拉伸。理論上，織物應(yīng)變傳感器P形變的大小等于彈性主體Q中腰線的周長變化。由于固定織物層P4與織物應(yīng)變傳感器P的其他部分在彈性模量上的差異，固定織物層P4將不拉伸，總的拉伸變形由導(dǎo)電涂層Pl，粘接區(qū)P2和針織布基底層P3的與彈性主體Q直接接觸的部分共同承擔(dān)。粘接區(qū)P2粘在彈性主體Q上，因而其應(yīng)變等于彈性主體Q表面該位置的應(yīng)變。如圖6所示，導(dǎo)電涂層Pl由于直接涂覆在針織布基底層P3整體表面上，因此與和針織布基底層P3的與彈性主體Q直接接觸的部分的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)完全一致，所以應(yīng)變相等。固定織物層P4將沿彈性主體Q表面滑移，導(dǎo)電涂層Pl在拉伸變形的同時也有部分的滑移。參考圖2，由對稱性僅考慮右半側(cè)。當(dāng)法向壓力加載時，針織布基底層P3的與彈性主體Q直接接觸的部分順時針滑移，導(dǎo)電涂層Pl逆時針滑移，固定織物層P4順時針滑移。
[0050]作為本發(fā)明的柔性壓力傳感器的優(yōu)選實施例，所述柔性壓力傳感器還包括壓力讀取裝置，壓力讀取裝置用于將所述電阻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓強數(shù)值輸出，兩根導(dǎo)線P5的另一端分別與壓力讀取裝置連接。導(dǎo)電涂層Pl的電阻變化通過一對導(dǎo)線P5輸出到壓力讀取裝置進行測量，類似于萬用表壓力讀取裝置測量導(dǎo)電涂層Pl的電阻變化，這樣施加在壓力傳感器上的壓強就能夠被測量。
[0051]如圖4所示的檢測系統(tǒng)中對圖1-3所示的本發(fā)明的柔性壓力傳感器的壓強和電阻變化關(guān)系進行了檢測。該檢測系統(tǒng)采用的是1/4橋路連接，如圖4所示。標(biāo)準(zhǔn)電阻的選擇以接近或等于柔性傳感器Q初始電阻為準(zhǔn)。激勵電壓VCC采用3.3V，5V或者10V。輸出電壓Eth將被傳送到數(shù)采設(shè)備或者數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行處理并轉(zhuǎn)化成壓強值。
[0052]本申請的柔性壓力傳感器在無論在低速或是高速沖擊下都可常工作。實驗條件:將封裝好的壓力傳感器埋在超高模量聚乙烯防彈衣后面的膠泥里(防彈衣緊貼膠泥)，引出柔性導(dǎo)線并連至兩米之外的數(shù)采設(shè)備。傳感器與防彈衣距離19mm，該距離范圍內(nèi)充滿膠泥。一顆重約4.Sg的子彈(1964年式7.62毫米手槍普通彈)從77式手槍中射出后，以約300m/s的速度擊中防彈衣(壓力傳感器正前方位置)，記錄壓力傳感器的電阻隨時間的變化。該試驗中，防彈衣未被完全擊穿。而記錄下的柔性傳感器電阻隨時間的變化如圖5所示，從圖5可以看出，本申請的柔性壓力傳感器可有效輸出高速沖擊下的受力變化，顯然，本申請的柔性壓力傳感器相比于現(xiàn)有的硬性材質(zhì)的傳感器而言，具有更廣的應(yīng)用范圍。
[0053]本發(fā)明的柔性壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡單，且尺寸可根據(jù)實際需求進行設(shè)定，因此該柔性壓力傳感器能夠較容易設(shè)置在衣服或者鞋類物品上。例如，當(dāng)設(shè)置在鞋類物品上時，該壓力傳感器可以作為一個體重傳感器、腳底壓力分布測量裝置或者計步儀等。并且本申請的測量范圍也可以通過選擇不同楊氏模量的彈性主體獲得。
[0054]本發(fā)明還涉及一種柔性壓力傳感列陣，所述柔性壓力傳感裝置通過多個柔性壓力傳感器之間以NXM的矩陣結(jié)構(gòu)相互電連接而成，所述柔性壓力傳感裝置具有行引出線和列引出線，這些線連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)節(jié)器以及矩陣尋址控制單元。矩陣尋址控制單元同一時間內(nèi)選擇電流通過某一柔性壓力傳感器而不通過其他的柔性壓力傳感器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將來自信號調(diào)節(jié)器的某一柔性壓力傳感器的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后在轉(zhuǎn)換為傳感器中導(dǎo)電涂層Pl的電阻以及相應(yīng)的壓力或壓強值。這樣可以為各種傳感應(yīng)用提供定量的二維壓力傳感器的陣列。
[0055]進一步地，本發(fā)明還提供了一種上述柔性壓力傳感器的制造方法，所述柔性壓力傳感器具有上述柔性壓力傳感器的相應(yīng)特征，在此不作贅述。
[0056]所述方法包括:
[0057]S1、構(gòu)造彈性主體Q，彈性主體Q用于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變；以及附著在所述彈性主體外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器:
[0058]具體地，結(jié)合圖3可以看出，整個織物應(yīng)變傳感器以一塊表面帶有導(dǎo)電復(fù)合物涂層的針織布為基礎(chǔ)，上述針織布為針織布基底層P3，涂覆導(dǎo)電復(fù)合物的位置處形成導(dǎo)電涂層Pl，首先在導(dǎo)電涂層Pl中央位置的兩側(cè)縫上兩條柔性導(dǎo)線P5，并用導(dǎo)電膠使柔性導(dǎo)線P5與導(dǎo)電涂層Pl電連接；然后將兩片彈性模量遠大于針織布基底層Pl及針織布基底層P3的機織物通過熱熔膠熱壓的方法粘貼在針織布基底層P3的與導(dǎo)電涂層Pl相鄰的覆蓋柔性導(dǎo)線P5的位置處形成固定織物層P4 ;對整個織物應(yīng)變傳感器P背離所述導(dǎo)電涂層Pl的一側(cè)進行硅膠面涂形成保護層；最后將織物應(yīng)變傳感器兩端對齊折疊縫合，即成圈狀。所述導(dǎo)電涂層PI朝向外側(cè)；所述固定織物層P4朝向內(nèi)側(cè)。
[0059]S2、將所述圈狀的織物應(yīng)變傳感器貼附在所述彈性主體Q上進行固定:
[0060]首先將織物應(yīng)變傳感器P縫合成圈狀，套在硅膠彈性主體的赤道位置上。然后在沿彈性主體徑向與所述導(dǎo)電涂層Pl正對的內(nèi)側(cè)位置涂抹未固化(完全交聯(lián))的硅橡膠形成粘接部P2。最后進行加熱，硅橡膠固化后即將織物應(yīng)變傳感器的粘接部P2位置固定在圓柱體上。由于整個織物應(yīng)變傳感器建立在一塊針織布(Substrate)上，因此，只要粘接部P2固定，其余部分就會相對穩(wěn)定。
[0061]本發(fā)明的柔性壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低、重量輕，因而制造更方便。此外，由于本發(fā)明的柔性壓力傳感器整體的柔性結(jié)構(gòu)，因此可適用于現(xiàn)有的硬性傳感器無法進行檢測的情況。由于彈性主體采用硅膠，聚烯烴，聚亞安酯，或其他熱塑性彈性體，以及其共混體制成，由于該類材料的泊松比較大，所述彈性主體的形變程度大，由此柔性傳感器的靈敏度更高。而設(shè)置在彈性主體外周的織物應(yīng)變傳感器由于不直接受力，且彈性形變大的彈性主體對受到的壓力進行了分散，因此本申請的柔性壓力傳感器的使用壽命更長，更耐用。
[0062]進一步地，涂覆在織物應(yīng)變傳感器表層的硅膠薄膜作為保護層P6能有效確保導(dǎo)電涂層的均勻形變，有助于減小織物應(yīng)變傳感器的電遲滯，進而進一步提高了柔性壓力傳感器的靈敏度，柔性導(dǎo)線有多種安裝設(shè)置方式供用戶選擇。壓力讀取裝置可將電阻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓強數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0063]此外，將織物應(yīng)變傳感器圍設(shè)在彈性主體的赤道位置處，彈性主體兩端受壓時，赤道部分形變最大，因此，將織物應(yīng)變傳感器放置在赤道位置處更容易檢測到形變，因此靈敏度更高。
[0064]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種柔性壓力傳感器，其特征在于，包括:用于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變的彈性主體(Q)，以及附著在所述彈性主體(Q)外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器(P)，其中: 所述織物應(yīng)變傳感器(P)包括: 導(dǎo)電涂層(PD:涂覆于針織布基底層(P3)并緊貼所述彈性主體(Q)，所述導(dǎo)電涂層(PD用于感應(yīng)所述形變并根據(jù)所述形變對應(yīng)形成電阻變化； 針織布基底層(P3):用于支撐所述導(dǎo)電涂層(Pl); 柔性導(dǎo)線(P5):連接所述導(dǎo)電涂層(Pl)并用于輸出所述電阻變化； 固定織物層(P4):用于加固所述柔性導(dǎo)線(P5)并界定所述織物應(yīng)變傳感器(P)的可拉伸區(qū)域； 以及涂覆于所述導(dǎo)電涂層(PD表面的保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層(PD的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層(PD各部分的感應(yīng)差異。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述針織布基底層(P3)兩端縫合成圈包圍在所述彈性主體(Q)外周，所述針織布基底層(P3)上與所述導(dǎo)電涂層(Pl)兩側(cè)相鄰位置處對應(yīng)所述柔性導(dǎo)線(P5)貼附有固定織物層(P4)，所述固定織物層(P4)用于保護所述柔性導(dǎo)線(P5)且所述固定織物層(P4)的彈性模量大于所述導(dǎo)電涂層(Pl)以及所述針織布基底層(P3)的彈性模量。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述針織布基底層(P3)沿所述彈性主體(Q)徑向與所述導(dǎo)電涂層(Pl)正對的位置處通過硅膠與所述彈性主體(Q)固定膠接形成有粘接部(P2)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述彈性主體(Q)具有柱狀結(jié)構(gòu)，所述彈性主體(Q)為圓柱、橢圓柱或方形柱。5.根據(jù)權(quán)利要2所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述織物應(yīng)變傳感器(P)附著在所述彈性主體(Q)的赤道位置處的外側(cè)壁上。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述彈性主體(Q)由硅膠、聚烯烴和/或聚亞安酯制成。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述柔性壓力傳感器還包括: 連接到所述柔性導(dǎo)線(P5)的壓力讀取裝置，用于將所述電阻變化轉(zhuǎn)換為壓力或壓強數(shù)值輸出。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器，其特征在于，所述柔性導(dǎo)線(P5)的一端通過導(dǎo)電膠固定在所述織物應(yīng)變傳感器(P)上與所述導(dǎo)電涂層(PD電連接，所述柔性導(dǎo)線(P5)的另一端與所述壓力讀取裝置電連接。9.一種柔性壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述柔性壓力傳感器為如權(quán)利要求1-9任一項所述的壓力傳感器，所述方法包括: S1、構(gòu)造所述彈性主體(Q)，所述彈性主體(Q)于根據(jù)外部壓力產(chǎn)生形變；以及附著在所述彈性主體(Q)外側(cè)的織物應(yīng)變傳感器(P): 在針織布基底層(P3)上涂覆導(dǎo)電復(fù)合物形成導(dǎo)電涂層(Pl); 緊鄰導(dǎo)電涂層(PD中間位置處縫合固定柔性導(dǎo)線(P5)，并通過導(dǎo)電膠將柔性導(dǎo)線(P5)與所述導(dǎo)電涂層(Pl)電連接； 在所述導(dǎo)電涂層(PD的表面覆硅膠薄膜以形成保護層，所述保護層用于確保所述導(dǎo)電涂層(PD的均一形變以及減輕所述導(dǎo)電涂層(PD各部分的感應(yīng)差異； S2、將所述織物應(yīng)變傳感器(P)貼附在所述彈性主體(Q)上進行固定。10.一種柔性壓力傳感陣列，其特征在于，所述柔性壓力傳感陣列包括多個如權(quán)利要求1-9中任一項所述的柔性壓力傳感器，多個所述柔性壓力傳感器以矩陣結(jié)構(gòu)相互電連接。
【文檔編號】G01L1/18GK105841851SQ201510016443
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月13日
【發(fā)明人】陶肖明, 朱波, 王飛, 李名劍, 舒琳, 李瑩
【申請人】香港紡織及成衣研發(fā)中心有限公司