[發(fā)明專利]一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611235635.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106885919B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡捷;姚新科;彭瀚旻;陳超
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01S5/20;G01S5/22
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器及其制備方法，模仿魚側(cè)線在水下識別并定位獵物這一生物行為，即魚側(cè)線中的神經(jīng)丘中裸露的側(cè)線溝能機(jī)械感知水下動物游動時產(chǎn)生的振動，這種振動波在水下到達(dá)不同神經(jīng)丘的時間和相位差來定位，并將這種運(yùn)動信號轉(zhuǎn)化為生理電信號傳導(dǎo)至感覺細(xì)胞來感知外界水流變化，低頻振動，溫度變化等刺激。利用聚偏氟乙烯正壓電效應(yīng)模仿并感知空間氣流變化及定位空間振動源位置。單個微球傳感單元利用聚偏氟乙烯受振動大小，并直接轉(zhuǎn)化為電信號有效計算空間氣流大小和角度；多個微球傳感單元陣列排布，根據(jù)振動波到達(dá)不同傳感單元時間和相位差來計算氣流大小及方位，有效提高空間氣流大小和方位的計算精度。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器及其制備方法，屬仿生材料及智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

空間流速測量及振元定位在氣象監(jiān)測、生物醫(yī)藥、航空制導(dǎo)及國防武器裝備上有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)測量流速變化的方式采用機(jī)械部件的熱絲流速傳感器，但是這種裝置體積大，易磨損。近年來陸續(xù)出現(xiàn)基于超聲波傳播的超聲風(fēng)速計和基于多普勒效應(yīng)的多普勒流速儀，這兩種流速計都有各自的優(yōu)點,但是由于使用環(huán)境條件有限、生產(chǎn)成本高、對振元定位精度低、響應(yīng)時間慢等原因使其應(yīng)用推廣受到限制。

發(fā)明內(nèi)容：

針對目前測量空間三維流速及振元定位的不足和缺點，模仿魚側(cè)線在水下識別并定位獵物這一生物行為，本發(fā)明提供了一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器及其制備方法。單個的微型球傳感單元(Micro ball sensing unit)能夠利用其壓電薄膜受振動大小，并直接轉(zhuǎn)化為電信號來有效的計算空間氣流大小和角度；而多個微型球傳感單元的陣列排布，根據(jù)振動波到達(dá)不同傳感單元的時間和相位差來計算氣流的大小及方位。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器，包括外部球體、微槽、微梁以及微型球體，微槽以外部球體球心為中心點均勻分布在外部球體的外表面上，微槽中沉積有氮化硅薄層，氮化硅薄層上表面沉積有聚酰亞胺，在聚酰亞胺上刻蝕出中間層，在中間層上表面上加工有上襯層，微梁一末端與微型球體表面相垂直固定后位于微槽的中心位置，微梁另一末端與中間層固定，在微梁上采用磁控濺射的方法在其上表面濺射聚偏氟乙烯，在微槽中沉積氧化硅電極層，在微梁上與聚偏氟乙烯不同位置的地方覆蓋有與氧化硅電極層相連的導(dǎo)電薄膜。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種感知空間環(huán)境變化的新型微型球形傳感器的制備方法，包括如下步驟：

第一步：3D打印碳化硅空心外部球體；

第二步：在空心外部球體的外表面均勻光刻18個微槽；

第三步：在微槽中沉積氮化硅薄層；

第四步：在氮化硅薄層上表面沉積聚酰亞胺，并在聚酰亞胺上刻蝕出中間層；

第五步：利用光刻工藝，在中間層上表面加工上襯層；

第六步：利用噴霧造粒的方法制備出空心微型球體；

第七步：利用光刻工藝加工弧形微梁，微梁一末端與微型球體表面相垂直固定后位于微槽的中心位置，微梁另一末端與中間層固定，并采用磁控濺射的方法在微梁上表面濺射聚偏氟乙烯；

第八步：在微槽中沉積氧化硅電極層；

第九步：在微梁上與聚偏氟乙烯不同位置的地方覆蓋有與氧化硅電極層相連的導(dǎo)電薄膜；

第十步：完成新型微型球形傳感器的制備。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1.單個的微球傳感單元，其結(jié)構(gòu)為中間布置的微型球體與上襯層通過2個PVDF橋以L型水平方式相連。當(dāng)外部空間流速改變時，微球傳感單元中的PVDF橋產(chǎn)生一定方向上的變形，根據(jù)正壓電效應(yīng)，通過導(dǎo)電膜捕捉到相應(yīng)的瞬態(tài)的壓電信號。