[實用新型]一種駐極體自驅(qū)動微碰撞壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720075204.0
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN206399560U
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐中林
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市柔緯聯(lián)科技有限公司
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01L5/00
• 代理公司: 杭州知瑞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33271
• 代理人: 歐陽海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及智能硬件傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種駐極體自驅(qū)動微碰撞壓力傳感器。

背景技術(shù)

微碰撞壓力傳感器是一種非常重要的功能部件，是一種通過傳感元件感受外部碰撞壓力信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號的器件。傳統(tǒng)上，根據(jù)工作原理的不同，微碰撞壓力傳感器一般分為壓電式、壓阻式和電容式三種類型。傳統(tǒng)的電容式壓力傳感器的敏感元件主要為由敏感薄膜與平行電極組成的電容器。當受到外界壓力作用時，電容器敏感薄膜會發(fā)生變形,從而通過測量其平行電極之間的電容變化來實現(xiàn)壓力大小的檢測。這種傳感器特點是結(jié)構(gòu)簡單、耗能低，靈敏度高，穩(wěn)定等優(yōu)點。同時為了更快的響應(yīng)速度和更高的靈敏度，人們通常選擇具有極高彈性變形度的絕緣材料，以便在受到較小的壓力時，獲得較大的變形，從而產(chǎn)生更大的電容變化量，由此提高響應(yīng)速度和靈敏度。發(fā)展一種不需要外部電源就可以工作的瞬態(tài)壓力傳感技術(shù)是解決上述問題的關(guān)鍵，摩擦納米發(fā)電機的成功研制使該方法成為可能。但是，由于接觸式摩擦納米發(fā)電機的電流輸出密度較低，一般需要較大的面積才能實現(xiàn)對監(jiān)測設(shè)備的有效驅(qū)動。因此，到目前為止，尚未有自驅(qū)動式瞬態(tài)壓力傳感裝置被報道。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理、使用方便的駐極體自驅(qū)動微碰撞壓力傳感器，不需要額外的外接電源，當器件受到微碰撞壓力時，可實現(xiàn)運動能到電能的有效轉(zhuǎn)換，從而可以有效探測壓力信號；發(fā)出的電壓及電流相比其它原理高，更便于傳感器使用；充分利用器件結(jié)構(gòu)的空腔以及支撐架子的彈性，能夠極大提高器件的靈敏性。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：它包含下柔性材料基底載體、下金屬電極層、下絕緣環(huán)形支撐架、駐極體薄膜電極、駐極體薄膜、上絕緣環(huán)形支撐架、上金屬電極層、上柔性材料基底載體；下金屬電極層的下部設(shè)有下柔性材料基底載體，下金屬電極層的上部設(shè)有下絕緣環(huán)形支撐架，下絕緣環(huán)形支撐架的內(nèi)部設(shè)有下絕緣環(huán)形支撐環(huán)空腔孔，下絕緣環(huán)形支撐架的上部設(shè)有駐極體薄膜電極，駐極體薄膜電極的上部設(shè)有駐極體薄膜，駐極體薄膜的上部設(shè)有上絕緣環(huán)形支撐架，上絕緣環(huán)形支撐架的內(nèi)部設(shè)有上絕緣環(huán)形支撐環(huán)空腔孔，上絕緣環(huán)形支撐架的上部設(shè)有上金屬電極層，上金屬電極層的上部設(shè)有上柔性材料基底載體。

進一步地，所述的駐極體薄膜為單面電極的針尖高壓極化式駐極體薄膜。其設(shè)計依據(jù)駐極體的靜電感應(yīng)，當駐極體薄膜兩面的電極空間位置因為外界壓力發(fā)生變化時，對應(yīng)的下金屬電極層、上金屬電極層與駐極體薄膜電極的電極電壓及電荷能發(fā)生相應(yīng)變化，其輸出的電流及電壓可可表征壓力的大小，從而實現(xiàn)自驅(qū)動微碰撞壓力的測量。

進一步地，所述的駐極體薄膜兩端的電極空間距離為1μm-100mm。

進一步地，所述的下金屬電極層和上金屬電極層為輸出導(dǎo)線。

進一步地，所述的上金屬電極層和駐極體薄膜電極為輸出導(dǎo)線。

進一步地，所述的下金屬電極層與駐極體薄膜電極為輸出導(dǎo)線。

進一步地，所述的下絕緣環(huán)形支撐架為韌性及高彈性下絕緣環(huán)形支撐架，作為位置距離變化的載體，其材料一般選用橡膠帶、硅膠、PDMS等。

進一步地，所述的上絕緣環(huán)形支撐架為韌性及高彈性上絕緣環(huán)形支撐架，作為位置距離變化的載體，其材料一般選用橡膠帶、硅膠、PDMS等。

進一步地，所述的下絕緣環(huán)形支撐架和上絕緣環(huán)形支撐架的厚度均為

0.2mm-3mm，面積均為0.2cm²-10cm²。

進一步地，所述的下絕緣環(huán)形支撐架和上絕緣環(huán)形支撐架的平面結(jié)構(gòu)均為三角環(huán)形、梯形環(huán)形、圓環(huán)形、正方環(huán)形、長方形環(huán)形等。

進一步地，所述的駐極體薄膜采用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙或左旋聚乳酸制成，其厚度為10μm-10mm。

進一步地，所述的駐極體薄膜電極為鋁、金、銅或銀等，生長電極的方式可采用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射方式，駐極體薄膜電極的厚度為1nm-2μm。

進一步地，所述的下柔性材料基底載體與上柔性材料基底載體的厚度均為10μm-2mm，其面積分別為下絕緣環(huán)形支撐架與上絕緣環(huán)形支撐架面積的1.2-2倍，兩者均采用硬質(zhì)Kapton、PET等材料制成，作用是提供手壓面。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本實用新型有益效果為：

1、不需要額外的外接電源，是一種自驅(qū)動式的微碰撞壓力傳感技術(shù)，當器件受到微碰撞壓力時，可實現(xiàn)運動能到電能的有效轉(zhuǎn)換，從而可以有效探測壓力信號；

2、發(fā)出的電壓及電流相比其它原理高，更便于傳感器使用；