[發明專利]一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器

在審

• 申請號: 201711096376.7
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107894293A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 鄧文俊;王立峰;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 陸濤

技術領域

本發明涉及壓力傳感器領域，尤其涉及一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器。

背景技術

隨著醫療健康產業的迅猛發展，人們對與可穿戴電子產品的柔軟性與舒適性提出了越來越高的要求。

目前市場上已有的壓力傳感器，大多以硅或陶瓷為襯底，硬度很高，適用于傳統的手機、汽車的電子產品，卻不能適應滿足醫療健康市場對柔軟性與舒適性的要求。少數柔性壓力傳感器，卻大多需要電路連接，在許多應用場合下極為不便。

無線傳感器主要分為以下兩種：一種是射頻信號通過天線收發，其利用電磁波在空間中的收發來傳輸信號，其傳輸距離較長，但必須攜帶電源，發展受到限制，且因其電路結構復雜難以做成全柔性傳感器。另一種是電感近場耦合，這種方法通常利用LC并聯諧振回路，利用敏感電容隨外界參數變化，諧振回路的諧振頻率發生改變，通過外界讀數線圈直接測得諧振頻率即可得到待測參量。與前者相比，LC式無線傳感器無需電源，使用壽命不受限制，同時結構簡單，適應性強，可以根據需求設計成柔性或非柔性器件，充分滿足不同環境的需求。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足與缺陷，本發明提供一種由柔性材料制成、結構簡單、靈敏度與可靠性高的壓力傳感器及其制作方法。

技術方案：本發明的一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器，其特征在于：包括兩個線圈電極，位于線圈電極之間的介質層與位于線圈電極之外的封裝層，線圈電極、介質層與封裝層采用絕緣柔性的高分子聚合物材料制成；所述的線圈電極為帶有平板電極的螺旋電感，上下平板電極之間構成平行板電容器，與電感并聯形成LC諧振電路；所述的介質層內表面經微處理設有對應的凸起結構。

其中，所述的介質層包含上下對應的兩層，其經過微處理的內表面凸起結構相向貼合。介質層對應層上微處理設置的凸起結構為微米尺度的金字塔陣列；所述的金字塔凸起結構的尺寸為10-100um。

其中，所述的封裝層厚度為10-100um。

一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器的制作步驟如下：

(1)取一塊硅基片，通過各向異性濕法刻蝕出凸起結構凹槽陣列，其間距為10-100um；

(2)將預先調配的熱塑性樹脂溶液涂覆到硅襯底表面并固化制成介質層，介質層材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；

(3)通過印刷技術將線圈電極印刷到介質層的上表面，印刷漿料包括導電的銀漿、銅漿、碳漿；

(4)在線圈電極上表面在涂覆一層封裝材料并固化，封裝材料將線圈電極覆蓋制作成封裝層，封裝層材料包括聚酰胺纖維PA、聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；

(5)移除硅襯底，取下介質-電極-封裝層聚合結構；

(6)取兩塊步驟(5)制得的聚合結構相向對準并鍵合，其中含有凸起結構的介質層在內，封裝層在外；獲得最終的壓力傳感器。

工作原理：當本發明傳感器受到外界壓力時，介質層內表面的對應的凸起結構，金字塔陣列發生形變，引起兩線圈電極之間的間距變化，等效并聯電容隨之改變，進而引起LC諧振回路的諧振頻率發生偏移；頻率偏移量可通過外界讀數線圈直接讀出，不需要引線連接。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：本發明提供一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器，所用材料皆為柔性材料，通過介質層內表面的對應的凸起結構的形變使電容改變，適用于多種對傳感器柔軟性有要求的場合，如傷口檢測、食品包裝等。同時具有結構簡單，靈敏度與可靠性高，無需通過電氣連接即可讀取數據等優勢，使用方便，易于推廣。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的工藝流程圖；

圖3為本發明的等效電路圖；

圖中1為線圈電極、2為介質層、3為封裝層、4為硅基片。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明的技術方案做進一步的描述。

本發明的一種高靈敏度的柔性無源無線壓力傳感器的使用方法為：首先對傳感器進行標定，確定傳感器所受壓力與LC諧振器的諧振峰偏移之間的對應關系。標定完成后，將傳感器置于所需要的應用場景內，如人體皮膚表面、食品包裝袋內等，通過讀數線圈測出諧振頻率變化偏移，即可得出其所受壓力變化。

實施例1：