[發明專利]一種柔性可拉伸應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201911194726.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110926387B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 葉冬;蘇麗娟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于應變測量領域，并具體公開了一種柔性可拉伸應變傳感器及其制備方法，包括柔性基底、共面波導傳輸線、第一縫隙階躍阻抗諧振器和第二縫隙階躍阻抗諧振器，共面波導傳輸線、第一縫隙階躍阻抗諧振器和第二縫隙階躍阻抗諧振器均設置在柔性基底上；共面波導傳輸線整體外輪廓與柔性基底相同，其包括信號傳輸線、第一地線和第二地線，第一縫隙階躍阻抗諧振器包括第一方塊和第二方塊，第二縫隙階躍阻抗諧振器包括第三方塊和第四方塊，第三方塊與第一方塊大小相同且對稱分布，第四方塊與第二方塊大小不同。本發明具有靈敏度高、穩定性好、拉伸動態范圍大、制備簡單、能實時測量且能同步檢測兩個不同方向上的拉伸應變的優點。

技術領域

本發明屬于應變測量領域，更具體地，涉及一種柔性可拉伸應變傳感器及其制備方法。

背景技術

可穿戴智能設備的快速發展，對具有高性能的柔性應變傳感器的需求越來越巨大。柔性應變測量類傳感器以其貼合性好、分辨率高、制造成本低和易于集成等特點，在人體健康監測、人體運動檢測、生物醫療、電子皮膚等領域具有廣闊的應用前景。

傳統的柔性應變傳感器主要有電阻效應類、電容效應類和壓電效應類等，其傳感機理是將機械形變轉化為易于輸出讀取的電信號。然而，在利用電信號感知時，會受到信號回滯、外界電磁干擾、制作難度大等問題，阻礙其測量的準確性和穩定性。而且，基于電阻效應和電容效應的應變傳感器嚴重依賴于晶體管和供電電源等有源模塊的可靠性和穩定度，且電源的體積和容量直接影響著應變傳感器的可穿戴性和連續監測能力，這極大地限制了這幾類應變傳感器的實際應用場景。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種柔性可拉伸應變傳感器及其制備方法，其目的在于，采用柔性基底，其上印制有具有縫隙階躍阻抗諧振器空槽圖案的共面波導傳輸線，通過測量其頻域傳輸特性響應上的頻率移動變化度量拉伸形變大小，該傳感器靈敏度高、穩定性好且制備方法簡單。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種柔性可拉伸應變傳感器，包括柔性基底、共面波導傳輸線、第一縫隙階躍阻抗諧振器和第二縫隙階躍阻抗諧振器，其中：

所述共面波導傳輸線、第一縫隙階躍阻抗諧振器和第二縫隙階躍阻抗諧振器均設置在所述柔性基底上；

所述共面波導傳輸線整體外輪廓與所述柔性基底相同，其包括信號傳輸線、第一地線和第二地線，其中，所述信號傳輸線位于所述柔性基底中部，其兩端設置有接頭；所述第一地線和第二地線平行且對稱設置在所述信號傳輸線兩側，且所述第一地線、第二地線與所述信號傳輸線間均設有開槽；

所述第一縫隙階躍阻抗諧振器包括第一方塊和第二方塊，所述第一方塊為所述第一地線內的凹槽，所述第二方塊為所述第一地線上連接所述第一方塊和開槽的凹槽；

所述第二縫隙階躍阻抗諧振器包括第三方塊和第四方塊，所述第三方塊為所述第二地線內的凹槽，其與所述第一方塊大小相同，且與所述第一方塊相對于所述信號傳輸線對稱；所述第四方塊為所述第二地線上連接所述第三方塊和開槽的凹槽，其與所述第二方塊大小不同。

作為進一步優選的，所述柔性基底為聚二甲基硅氧烷薄膜。

作為進一步優選的，所述柔性基底厚度為50μm～150μm，進一步優選為80μm～120μm。

作為進一步優選的，所述共面波導傳輸線厚度為20μm～40μm。

作為進一步優選的，所述信號傳輸線寬度為1mm～3mm，所述第一地線和第二地線的寬度為5mm～10mm。

按照本發明的另一方面，提出了一種柔性可拉伸應變傳感器制備方法，包括如下步驟：

S1將柔性基底固定在硅片上，采用絲網印刷方法在柔性基底上印刷形成共面波導傳輸線、第一縫隙階躍阻抗諧振器和第二縫隙階躍阻抗諧振器；