[發明專利]一種穿插式應力傳感器

在審

• 申請號: 201810400490.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN110411621A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 羅堅義;黃景誠;胡曉燕;梁寶文
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 盧娟

本發明涉及一種穿插式應力傳感器，包括兩根導電纖維束，每根導電纖維束包括兩段收束部以及設置在兩段收束部之間的蓬松結構；兩根導電纖維束的蓬松結構互相穿插并形成穿插結，且每根導電纖維束的其中一段收束部分別與外電路電連接。本發明具有可清洗、不易脫落、抗運動干擾、分辨率高、靈敏度高以及與現有紡織技術兼容的優點。

技術領域

本發明涉及傳感器設備技術領域，特別是涉及一種穿插式應力傳感器。

背景技術

隨著科學技術的發展和人們追求美好生活的需求，以iwatch和小米手環等產品為代表的可穿戴式電子產品開始不斷涌現出來，這些產品不僅改變著我們的生活方式，也對我們的身心健康進行了有效的監護。而在穿戴式器件中，最為關鍵的柔性應力傳感器的相關技術往往掌握在美國、日本和德國等工業發達國家。

目前，光電式傳感器在使用時，會因為環境引起的光干擾、穿戴者的膚色、汗液以及脂肪厚度等因素，從而容易造成測量誤差，另外一方面是目前市場上的穿戴式產品主要是以“戴”為主，如手環、手表、眼鏡等電子產品，還無法真正做到像衣服一樣可穿、可洗的電子產品。解決這個問題的關鍵是開發出與布料可以兼容的柔性電子器件。

為了解決傳統應力傳感器只能戴不能穿與信號較弱的問題，研究者們逐漸關注在類紡織材料上進行材料修飾，旨在實現真正的高靈敏度“穿戴式設備”。 Yong Wei等人則通過在聚氨基甲酸酯纖維表面涂覆了一定量的銀納米線后，形成一種具有應力傳感性能的特種纖維，這種纖維被拉伸時，電阻會產生相應的變化。同樣地，該傳感器也存在著靈敏度不足的問題，在彎曲手指時，對應的電阻變化率僅為0.02％。另外，器件在實際應用中還存在著銀納米線容易發生氧化和脫離的問題。Shu Gong等人則從基底材料和電極結構兩方面開展研究工作，首先采用紙作為基底材料，然后在基底上修飾金納米線對紙中的纖維絲進行包覆處理，以解決襯底不導電的難題。另一方面，將修飾后的紙基材料覆蓋在叉指電極上，并通過聚二甲基硅氧烷薄膜保護形成三文治，以提高其電學穩定性和結構穩定。通過這種方法所制備出來的應力傳感器具有良好的柔軟度和導電性，同時利用叉指電極的結構的存在，使得在應力作用下的電流顯著增加。而Liu Mengmeng等人則基于Shu Gong等人工作上作進一步的優化和改進，將基底材料替換成普通的紡織布料，通過碳納米管進行包覆處理，能夠有效地降低成本和簡化制備工藝。在電極方面，則采用噴涂的方法，對紡織布料進行金屬鎳的包覆處理，形成鎳包覆的布料叉指電極，最后同樣地與3M公司所生產 VHB膠布進行三文治結構組裝，形成布料基底的應力傳感器。相比于紙基材料而言，布料基底更具有優異的彎曲和拉伸性能，并有望與現有布料工藝所兼容，而在性能方面最低可探測60Pa的應力，最高可使電流增強為初始電流的10倍。

雖然上述電阻式應力傳感器解決光電式的傳感器的易受客觀因素干擾的問題，也可彎曲變形，可穿戴，但依然難以與傳統的布料兼容，特別是無法像衣服一樣可多次清洗循環使用。如果只是對傳統布料的表面進行功能層的修飾，如噴鍍導電材料層等方式，雖然能實現柔性應力傳感性能，也可與布料兼容，但往往存在著在使用過程中或者在多次清洗過程容易發生功能薄膜層脫落的問題。

因此，發明一種能夠可清洗、抗運動干擾且保證良好穿戴體驗的穿插式應力傳感器是智能可穿戴式電子產品發展的迫切需求。

發明內容

基于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種穿插式應力傳感器，其具有可清洗、不易脫落、抗運動干擾、分辨率高、靈敏度高以及與現有紡織技術兼容的優點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種穿插式應力傳感器，包括兩根導電纖維束，每根導電纖維束包括兩段收束部以及設置在兩段收束部之間的蓬松結構；兩根導電纖維束的蓬松結構互相穿插并形成穿插結，且每根導電纖維束的其中一段收束部分別與外電路電連接。