[實(shí)用新型]一種用于探測微弱應(yīng)力的傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520132692.5
• 申請日: 2015-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN204575226U
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巫遠(yuǎn)招;劉宜偉;李潤偉;李輝輝;尚杰;孫丹丹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): G01L1/12
• 分類號(hào): G01L1/12;A61B5/02
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及微弱應(yīng)力探測技術(shù)，在微弱脈搏檢測、噪音檢測以及流量檢測等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)

壓力傳感器是工業(yè)中常用的傳感器之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、機(jī)床等眾多行業(yè)。

隨著柔性電子學(xué)及可穿戴設(shè)備的發(fā)展，應(yīng)力傳感器越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的壓力傳感器可以分為壓阻式、電容式、壓電式等幾大類。

壓電式壓力傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)制成的傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、重復(fù)性好、精度較高、靈敏度好、動(dòng)態(tài)范圍寬、機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，但是存在信號(hào)采集電路復(fù)雜、成本高等不足。

壓阻式壓力傳感器利用金屬或者半導(dǎo)體的電阻隨外界壓力的變化而變化的原理進(jìn)行工作。目前應(yīng)用的壓阻式壓力傳感器主要是硅基壓力傳感器，具有應(yīng)用廣泛、動(dòng)態(tài)范圍寬、利于集成等優(yōu)點(diǎn)。但是，硅基壓力傳感器的使用溫度一般低于125℃，不能在高溫下使用，并且所測量的壓力下限一般為1000Pa，不能測量超微壓力。

電容式壓力傳感器利用電容量隨壓力改變而變化的原理實(shí)現(xiàn)外界壓力的檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、線性度好、體積小等優(yōu)點(diǎn)。但是，電容式應(yīng)力傳感器易受到連接導(dǎo)線中的寄生電容影響，因此對(duì)測量電路要求較高。

上述應(yīng)力傳感器在工業(yè)中均有較為廣泛的應(yīng)用，但是適合測量微弱應(yīng)力或微弱應(yīng)變的傳感器卻不常見，例如用于探測脈搏產(chǎn)生等。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本實(shí)用新型旨在提供一種用于探測微弱應(yīng)力的傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型在本實(shí)用新型中所提供的技術(shù)方案是：一種用于探測微弱應(yīng)力的傳感器，包括支撐殼體，以及位于支撐殼體內(nèi)部的電感線圈；所述的電感線圈包括磁芯與空心線圈，磁芯穿過空心線圈內(nèi)部；

所述的支撐殼體包括柔性支撐面，柔性支撐面上方連接柔性突起，柔性支撐面下方連接磁場單元，用于為電感線圈提供磁場；

工作狀態(tài)時(shí)，外界微弱應(yīng)力作用在柔性突起上，柔性突起產(chǎn)生壓應(yīng)力帶動(dòng)柔性支撐面發(fā)生形變，引起磁場單元作用于電感線圈中的磁通量變化，線圈阻抗隨之改變，線圈兩端為阻抗輸出端，線圈兩端輸出該阻抗。

外界微弱應(yīng)力的來源不限，可以是脈搏的起伏、氣流的沖撞、聲音音量引起的振動(dòng)等。

所述的柔性支撐面材料不限，可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡膠等柔性材料。

所述的柔性突起材料不限，可以是PDMS、橡膠等柔性材料。

當(dāng)柔性支撐面材料的柔性較大時(shí)，有利于柔性支撐面發(fā)生較大形變，從而提高應(yīng)力傳感靈敏度。因此，作為優(yōu)選，所述的柔性支撐面材料的柔性大于柔性突起材料的柔性。

所述的磁場單元用于為電感線圈提供磁場，其材料不限，包括柔性材料與非柔性材料。作為優(yōu)選，所述的磁場單元為柔性材料。作為一種優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式，所述的磁場單元由柔性材料PDMS與分布在PDMS中的磁粉組成。所述的磁粉包括但不限于永磁粉，例如鐵氧體等。

所述的磁芯為磁性材料，包括但不限于磁性金屬、磁性合金、非晶磁性材料等。

非晶磁致伸縮材料是非晶磁性材料中的一種。非晶磁致伸縮材料具有良好的巨磁阻抗以及巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)，與巨應(yīng)力阻抗效應(yīng)相比，巨磁阻抗效應(yīng)更為明顯，即微弱的磁場變化將會(huì)導(dǎo)致非晶磁致伸縮材料的阻抗發(fā)生變化。因此，本實(shí)用新型中，磁芯選用非晶磁致伸縮材料有利于提高應(yīng)力傳感靈敏度。

所述的非晶磁致伸縮材料可以是鐵基非晶軟磁材料或者鈷基非晶軟磁材料，包括但不限于FeSiB、FeCuNbSiB、FeNiSiB、FeCoSiB、GdFeCo、CoSiB等。

所述的空心線圈結(jié)構(gòu)不限，可以是漆包線繞行在空心筒外圍而形成。

在柔性支撐面中，位于柔性突起正下方的位置的形變最大，因此，作為優(yōu)選，所述的磁場單元位于柔性突起的正下方，有利于提高傳感靈敏度。

所述的支撐殼體的形狀不限，可以是中空柱體(或稱為鼓形)，其橫截面形狀不限，包括圓形、矩形、多邊形等，也可以是中空錐體，其橫截面形狀不限，包括圓形、矩形、多邊形等。

所述的突起面形狀不限，包括球面、橢圓面、圓柱面等。

所述的阻抗輸出端與阻抗分析儀相連接，或者阻抗輸出端與電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，并且阻抗輸出端為惠斯通電橋的一個(gè)橋臂，惠斯通電橋的輸出與電壓表或電流表或阻抗分析儀相連接。

本實(shí)用新型還提供了一種制備上述應(yīng)力傳感器的方法，其中，所述的支撐殼體材料為PDMS、柔性突起材料為PDMS、磁場單元由PDMS與分布在PDMS中的磁粉組成，包括如下步驟：