[實用新型]一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測組織彈性的探頭

有效

• 申請號: 201420596947.9
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN204683566U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 王洪超;盧狄克;高國華;李樹峰;曹建
• 申請（專利權）人: 王洪超
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測人體組織彈性的探頭，屬醫療器械技術領域。

背景技術

彈性壓力傳感器的長期可靠性、溫濕度穩定性、重復性、零點漂移等靜態特性，傳感器厚度及其力敏材料的力學性能，都是影響彈性壓力傳感器性能的重要因素。要探測彈性壓力分布就需要相同的單個壓力傳感器構成的矩陣來完成，而每個壓力傳感器的均質性和傳感器間距的均一性、矩陣的層合結構預緊等因素都會影響壓力傳感器矩陣的應用效果。針對待檢物的外形和彈性模量的不同，還需要對壓力傳感器矩陣進行柔性處理，而要實現壓力傳感器矩陣的柔性化，每個壓力傳感器的均質性、傳感器間距的均一性、矩陣的層合結構預緊等因素在傳統柔性壓力傳感器矩陣上體現的問題很多。

本實用新型采用微機電工藝(MEMS)制備的曲面彈性壓力傳感器矩陣和用于檢測人體組織彈性的探頭，由于單晶硅MEMS傳感器的結構穩定性，解決了傳統彈性壓力傳感器受溫濕度影響、穩定性不良、重復性較差的問題；另外，通過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題，又可在單一軸向上無限擴大。

發明內容

本實用新型提供一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測人體組織彈性的探頭，該探頭仿生人類通過觸覺感知物體性狀、外形、大小的過程-手指對待檢物體施加一定壓力，在手指頭的單位面積范圍內，因同一待檢物的不同部位或相鄰物體的彈性模量不同，待檢物體產生的反作用力差異，即可通過手指上密集分布的觸覺小體和神經反射收集到大腦神經中樞，進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。本實用新型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，利用壓電效應將組織彈性壓力的差異轉變為電信號的不同，然后，將不同的電信號經過數模轉換和電子分析，以二維和三維圖像表現出組織彈性壓力的差異。

本實用新型提供一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測組織彈性的探頭，包括彈性壓力傳感單元，所述彈性壓力傳感單元緊密固定于硬性定型背襯之上，該彈性壓力傳感單元縱列、橫列連接，縱列的彈性壓力傳感單元通過經導線連接，橫列的彈性壓力傳感單元通過緯導線?連接，經導線、緯導線由線纜導出。

基于上述方案，所述彈性壓力傳感單元以單晶硅為基礎材料，硅基材料的厚度為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，經過金屬的濕法腐蝕，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相同材料的金屬導線縱向連接，柔性印刷電路板下極板上面的下電極單元也通過相同材料的金屬導線橫向鏈接。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形成高度為0.05-1mm的空腔。

所述彈性壓力傳感單元為邊長1-5mm的正方形，厚度為0.2-3mm。所述彈性壓力傳感單元之間采用單面微距切割展裂的方式，背襯藍膜，縱列、橫列共同排列組成彈性壓力傳感器矩陣。依靠單一軸向彎曲的硬性背襯，通過上極板的縱向裂片槽展裂后，可實現傳感器單元在單一軸向的彎曲排列。多個彈性壓力傳感器單元以縱向、橫向共同緊密排列，組成彈性壓力傳感器矩陣。

縱列彈性壓力傳感單元為奇數列，奇數列的彈性壓力傳感單元數量至少為7個；橫列彈性壓力傳感單元為偶數列，偶數列的彈性壓力傳感單元數量至少為8個。優選將偶數列傳感矩陣單元以單一軸向方式進行均勻曲面化處理，實現曲面硅基MEMS壓力傳感器矩陣，次選制備多角形傳感矩陣單元，再通過定向硬性背襯實現固化的曲率。