[發(fā)明專利]一種同層式的多級(jí)陣列壓力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810129054.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN108444620B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊賡;龐高陽(yáng);徐飛鴻;楊華勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/84
• 分類號(hào): H01L29/84;G01L1/16;G01L1/26;G01L9/08;G01L15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種同層式的多級(jí)陣列壓力傳感器。包含三個(gè)壓力傳感單元：柔性基底上表面設(shè)有三個(gè)沿圓周方向均勻分布的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)，階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的頂面和臺(tái)階面分別設(shè)有柔性基底第一、第二電極；隔空層中設(shè)有三個(gè)通孔，三個(gè)階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)分別嵌裝于三個(gè)通孔中；受力層下表面設(shè)有三個(gè)沿圓周方向均勻分布的圓柱盲孔，圓柱盲孔的孔底面設(shè)有受力層第一電極，圓柱盲孔的孔周圍的受力層下表面設(shè)有受力層第二電極。本發(fā)明能夠在一個(gè)傳感單元的垂直方向上檢測(cè)多個(gè)壓力閾值，提高了檢測(cè)效率，降低了制造成本和難度，增強(qiáng)了其實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種傳感裝置，特別是涉及了一種同層式的多級(jí)陣列壓力傳感器。

背景技術(shù)

隨著柔性電子、智能納米材料和微納制造等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，具有輕薄便攜、可彎折拉伸、電學(xué)性能優(yōu)異和集成度高等特點(diǎn)的柔性壓力傳感器在軟體機(jī)器人、醫(yī)療器械、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出了很大的應(yīng)用前景，是最受關(guān)注的傳感器技術(shù)之一。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于柔性壓力傳感器已經(jīng)做了許多的研究，絕大多數(shù)的柔性壓力傳感器應(yīng)用于檢測(cè)連續(xù)力范圍，而且如何實(shí)現(xiàn)該柔性觸覺傳感器的高靈敏度、低遲滯性、溶液環(huán)境下的魯棒性、高裝載可靠性、高機(jī)械疲勞強(qiáng)度和高的空間分辨率仍然是一大挑戰(zhàn)；相反的，少有出現(xiàn)離散型的柔性壓力傳感裝置，其檢測(cè)原理是通過傳感器內(nèi)部電極的導(dǎo)通情況來檢測(cè)壓力閾值，適用于不需要測(cè)量連續(xù)測(cè)量范圍下的應(yīng)用場(chǎng)合。這種測(cè)量有限壓力點(diǎn)的傳感器，功能簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)分析容易，可通過材料和具體結(jié)構(gòu)的不同，定制化所需檢測(cè)的壓力值，不需要模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可簡(jiǎn)化其相應(yīng)的信號(hào)處理模塊，從而加快讀取和處理速度，應(yīng)用前景很大。

發(fā)明內(nèi)容

為了簡(jiǎn)化傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造難度，增強(qiáng)傳感器對(duì)關(guān)鍵壓力信息的獲取，提高傳感信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和處理效率。本發(fā)明提出一種同層式的多級(jí)陣列壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)壓力傳感單元的垂直方向上，檢測(cè)多個(gè)壓力閾值點(diǎn)。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明包含主要由柔性基底、隔空層和受力層依次從下到上緊密層疊構(gòu)成的壓力傳感單元；柔性基底上表面設(shè)有三個(gè)沿圓周方向間隔均勻分布的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)，階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)為頂部小端、底部大端的結(jié)構(gòu)，階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的頂面和臺(tái)階面分別設(shè)有柔性基底第一電極和柔性基底第二電極；隔空層中設(shè)有分別與三個(gè)階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)的三個(gè)通孔，三個(gè)階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)分別嵌裝于三個(gè)通孔中；受力層下表面設(shè)有分別與三個(gè)階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)的三個(gè)圓柱盲孔，圓柱盲孔的孔底面設(shè)有受力層第一電極，圓柱盲孔的孔周圍的受力層下表面設(shè)有受力層第二電極。

所述的柔性基底的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)、隔空層的通孔和受力層的圓柱盲孔均位于同一軸線上。

所述的隔空層的通孔直徑大于等于柔性基底的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的底部大端直徑，受力層的圓柱盲孔的直徑介于柔性基底的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的底部大端直徑和頂部小端直徑之間。

所述的階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的底部大端的高度小于隔空層的厚度，且階梯型傳感凸起結(jié)構(gòu)的總高度小于隔空層的厚度和受力層圓柱盲孔的孔深度之和。

當(dāng)受力層的上表面受到均布力作用時(shí)，受力層第一電極和柔性基底第一電極先接觸獲得第一壓力閾值，受力層第二電極和柔性基底第二電極后接觸獲得第二壓力閾值，從而實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓力檢測(cè)。

本發(fā)明通過在柔性基底和在受力層上均布置階梯電極結(jié)構(gòu)，并利用階梯電極結(jié)構(gòu)的高度差實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)傳感單元中多個(gè)壓力閾值的檢測(cè)，在小尺寸傳感單元中大大提高了檢測(cè)效率。

三個(gè)所述的柔性基底第一電極和柔性基底第二電極分別通過柔性基底上的柔性基底第一電極導(dǎo)線和柔性基底第二電極導(dǎo)線串聯(lián)后引出至外部，柔性基底第一電極導(dǎo)線和柔性基底第二電極導(dǎo)線接通輸入恒定電平信號(hào)。