[發(fā)明專利]一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測(cè)組織彈性的探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410546030.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN105595959B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪超;盧狄克;高國(guó)華;李樹峰;曹建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王洪超
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測(cè)組織彈性的探頭，以硅基MEMS彈性壓力傳感器單元為基本構(gòu)成單位，通過(guò)硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽展裂壓力傳感器單元上極板，并將壓力傳感器單元緊密粘接固定于單一軸向硬性定型背襯之上，進(jìn)而由傳感器單元縱橫并列連接成為單一軸向彎曲的彈性壓力傳感器矩陣。縱列、橫列壓力傳感器單元，分別通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線、緯導(dǎo)線連接后，以線纜形式導(dǎo)出。柔性膜均勻緊密地覆蓋于壓力傳感器矩陣上面和把手表面，即構(gòu)成檢測(cè)組織彈性的探頭。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測(cè)人體組織彈性的探頭，屬醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

彈性壓力傳感器的長(zhǎng)期可靠性、溫濕度穩(wěn)定性、重復(fù)性、零點(diǎn)漂移等靜態(tài)特性，傳感器厚度及其力敏材料的力學(xué)性能，都是影響彈性壓力傳感器性能的重要因素。要探測(cè)彈性壓力分布就需要相同的單個(gè)壓力傳感器構(gòu)成的矩陣來(lái)完成，而每個(gè)壓力傳感器的均質(zhì)性和傳感器間距的均一性、矩陣的層合結(jié)構(gòu)預(yù)緊等因素都會(huì)影響壓力傳感器矩陣的應(yīng)用效果。針對(duì)待檢物的外形和彈性模量的不同，還需要對(duì)壓力傳感器矩陣進(jìn)行柔性處理，而要實(shí)現(xiàn)壓力傳感器矩陣的柔性化，每個(gè)壓力傳感器的均質(zhì)性、傳感器間距的均一性、矩陣的層合結(jié)構(gòu)預(yù)緊等因素在傳統(tǒng)柔性壓力傳感器矩陣上體現(xiàn)的問(wèn)題很多。

本發(fā)明采用微機(jī)電工藝(MEMS)制備的曲面彈性壓力傳感器矩陣和用于檢測(cè)人體組織彈性的探頭，由于單晶硅MEMS傳感器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)彈性壓力傳感器受溫濕度影響、穩(wěn)定性不良、重復(fù)性較差的問(wèn)題；另外，通過(guò)單面微距切割展裂工藝，在單一軸向曲面硬性定型背襯之上形成的曲面硅基壓力傳感器矩陣，解決了硅基矩陣的柔性彎曲問(wèn)題，又可在單一軸向上無(wú)限擴(kuò)大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測(cè)人體組織彈性的探頭，該探頭仿生人類通過(guò)觸覺感知物體性狀、外形、大小的過(guò)程-手指對(duì)待檢物體施加一定壓力，在手指頭的單位面積范圍內(nèi)，因同一待檢物的不同部位或相鄰物體的彈性模量不同，待檢物體產(chǎn)生的反作用力差異，即可通過(guò)手指上密集分布的觸覺小體和神經(jīng)反射收集到大腦神經(jīng)中樞，進(jìn)而在大腦形成并映射描繪出待檢物體的大小、外形、性狀等觸覺信息。本發(fā)明的彈性壓力傳感器矩陣以類似觸覺小體的彈性壓力傳感器單元為感知單位，利用壓電效應(yīng)將組織彈性壓力的差異轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的不同，然后，將不同的電信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換和電子分析，以二維和三維圖像表現(xiàn)出組織彈性壓力的差異。

本發(fā)明提供一種彈性壓力傳感器矩陣，包括彈性壓力傳感器單元，所述彈性壓力傳感器單元緊密固定于單一軸向硬性定型背襯之上，該彈性壓力傳感器單元以縱列、橫列相互連接，縱列的彈性壓力傳感器單元通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線連接，橫列的彈性壓力傳感器單元通過(guò)緯導(dǎo)線連接，經(jīng)導(dǎo)線、緯導(dǎo)線由線纜導(dǎo)出，具體地，經(jīng)導(dǎo)線、緯導(dǎo)線在末端的經(jīng)壓焊板片、緯壓焊板片處分別由經(jīng)線纜、緯線纜導(dǎo)出。

基于上述方案，所述彈性壓力傳感器單元以單晶硅為基礎(chǔ)材料，傳感器單元的厚度為0.2-3mm。具體地，所述彈性壓力傳感器單元的上極板為硅基材料，厚度為0.05-1mm，彈性壓力傳感器單元的上極板上面沉積的金屬膜片為0.1-1mm的正方形單元，金屬膜片厚度為0.0001-0.05mm。金屬膜片下面是硅彈性薄膜，厚度為0.01-0.1mm。硅彈性薄膜的正下方為0.15-1mm見方的空腔，高度為0.05-1mm。在硅基上極板背面沉積的金屬膜片厚度為0.0001-0.003mm，經(jīng)過(guò)金屬的濕法腐蝕，形成硅基上極板背面金屬膜片焊接單元-0.02-0.5mm寬，外邊長(zhǎng)為0.19-2mm的金屬方框。

所述彈性壓力傳感器矩陣的下極板為柔性印刷電路板，柔性印刷電路板厚度為0.05-1mm，下極板上面覆蓋的下電極單元為0.19-2mm正方形單元，下電極單元厚度為0.0001-0.05mm。

硅基上極板上面的上電極單元通過(guò)相同材料的導(dǎo)線縱向連接，柔性印刷電路板下極板上面的下電極單元也通過(guò)相同材料的導(dǎo)線橫向鏈接。上極板背面的金屬膜片焊接單元與下極板上面的下電極單元鍵合焊接后，在硅基材料上極板內(nèi)形成高度為0.15-1mm的空腔。