[實用新型]一種柔性電阻式壓力傳感器陣列

有效

• 申請號: 201821155139.3
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN208721291U
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 蔡民;杜以樸;宋吉舟;聶爽;王成軍;張順;岑諾;鐘雯祎;鄧四維
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;G01L9/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本實用新型公開了一種柔性電阻式壓力傳感器陣列，包括表面封裝層、電極層和功能層，電極層包括基層薄膜以及基層薄膜上的若干條等距排列的薄膜金屬線，薄膜金屬線連接有多路選通器；所述功能層為表面帶有凸起微結構的柔性彈性薄膜，柔性彈性薄膜覆蓋有若干條等距排列的導電金屬線，導電金屬線連接有運算放大器；電極層的薄膜金屬線和功能層的導電金屬線以垂直交叉的方式疊合裝配。本實用新型的壓力傳感器陣列具有高靈敏度、快速響應與恢復、低工作電壓、大陣列規模、簡單制備工藝和低成本等一系列優點。

技術領域

本實用新型涉及壓力傳感器領域，具體涉及一種柔性電阻式壓力傳感器陣列。

背景技術

柔性器件與傳統剛性器件不同，其具有柔韌性和彈性，可以承受多種變形，柔性壓力傳感器在醫療健康，人機交互，機器人電子皮膚等領域具有廣泛應用。

柔性壓力傳感器根據傳導機理主要分為電阻式、電容式和壓電式三類。其中，電阻式壓力傳感器因其結構簡單，靈敏度高等優點而被大量研究，其機理是將外界壓力刺激轉變為電阻的變化，從而導致輸出的電流或電壓的改變，來反饋壓力的大小。

目前實現柔性電阻式壓力傳感器的技術有：1)壓阻式柔性壓力傳感器：柔性塊材導電材料與電極歐姆接觸形成通路，壓力使材料變形導致自身電阻率改變，進而改變輸出電信號，柔性塊材導電材料一般是采用炭黑、碳納米管、石墨烯等微納米材料作為導電相與硅橡膠摻雜形成的柔性導電復合材料；2)接觸式柔性壓力傳感器：表面導電微結構柔性絕緣材料與電極歐姆接觸形成通路，即絕緣柔性材料的一面具有表面微結構，且微結構表面覆蓋導電金屬，壓力使表面微結構變形導致柔性材料的導電表面與電極的接觸面積增加使接觸電阻降低，進而改變輸出電信號。

柔性壓力傳感器陣列化是指，由柔性壓力傳感器作為傳感單元，將若干單元集成在一定區域內，并通過電路控制實現尋址實時測量分布壓力，柔性壓力傳感器只能測量單點的壓力變化，而分布壓力測量可以同時測量一定區域內多點的壓力變化。

目前實現電阻式壓力傳感器的陣列化的電路技術有：1)冗線式，即每個傳感單元獨立引出正負極引線，實現尋址；2)薄膜晶體管式，即將傳感單元與薄膜晶體管集成，通過晶體管實現尋址；3)掃描電路式，即通過交叉的行列走線將所有傳感單元接入，再控制行列的選通實現尋址。

目前柔性壓力傳感器陣列技術有：1)以壓阻式柔性壓力傳感器為單元，采用冗線式、薄膜晶體管式或掃描電路式電路技術將該單元陣列化；2)以接觸式柔性壓力傳感器為單元，采用冗線式技術將其陣列化。

現有的柔性電阻式壓力傳感器陣列技術雖可實現分布壓力測量，但是其在靈敏度，響應和恢復時間或制備工藝方面存在明顯不足；此外，采用冗線式陣列化技術的陣列，存在陣列規模小，引線多的缺點；掃描電路行和列均需要選通器，會增加后端電路控制負擔；采用薄膜晶體管式技術制備的陣列，存在制備工藝復雜困難，成本高昂，工作電壓高的缺點。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供了一種高靈敏度、快速響應與恢復、低工作電壓、大陣列規模的新型柔性電阻式壓力傳感器陣列。

一種柔性電阻式壓力傳感器陣列，包括表面封裝層、電極層和功能層，所述電極層包括基層薄膜以及基層薄膜上的若干條等距排列的薄膜金屬線，所述薄膜金屬線連接有多路選通器；

所述功能層為表面帶有凸起微結構的柔性彈性薄膜，所述柔性彈性薄膜覆蓋有若干條等距排列的導電金屬線，所述導電金屬線連接有運算放大器；

所述電極層的薄膜金屬線和功能層的導電金屬線以垂直交叉的方式疊合裝配。