[發明專利]一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 202011413930.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112539850B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李振明;桂林;劉偉;張攀;楊艷芳;陳盼盼
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;中國科學院理化技術研究所;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01K7/22
• 分類號: G01K7/22;G01B7/16
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李宏德

本發明一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器及測量方法，所述柔性雙參量傳感器，包括：柔性基底，共面布置在柔性基體上電極第一流道和電極第二流道；呈間隔設置的電極第一流道和電極第二流道上覆蓋柔性薄膜形成對應的微流道結構，微流道結構內灌注液態金屬；所述電極第一流道的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點；所述電極第二流道的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點。通過微流道結構內灌注液態金屬形成液態金屬柔性微電極，可以更好的與柔性基底材料相匹配，避免了出現應力集中等現象，提高傳感器的穩定性；傳感器的結構僅僅包括兩層，結構單元僅有兩個微電極，整個裝置結構簡答、制備簡便、成本低。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器領域，具體為一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器及測量方法。

背景技術

柔性傳感器作為一種可以彎曲折疊的傳感元件，已經被廣泛用于監測位移、溫度、壓力、等物理量的監測，在人機交互、柔性機器人、可穿戴設備以及醫療監護等領域有很大的應用潛力。

顧名思義，傳感器是將被檢測物理量的狀態信號，按照一定的規律轉化為電信號和其他所需的信號輸出，以滿足對物理參量檢測和調控的需求。常規的柔性傳感器根據傳感原理可以分為電阻式柔性傳感器和電容式柔性傳感器。根據傳感器測量物理量的不同，可以將常用傳感器分為壓力傳感器、溫度傳感器、拉力傳感器、觸摸傳感器等。相對于傳統的傳感器，柔性傳感器與測量物體貼服性好、測量精度高、魯棒性高、可控性好以及壽命長等優點。

現實中，傳感器所處的物理空間是不純粹的，確切地說是多物理場相互疊加相互耦合的，例如溫度、應力場、壓力場等。因此，在柔性單參數傳感器測量過程中，很容易受到其他物理場的干擾，產生漂移信號，因而造成精度低、分辨率低等問題。例如在溫度單物理測量中，往往會忽略柔性傳感器在外界應力的刺激下，拉伸變形的影響，繼而會對傳感器的精度和靈敏性造成很大影響。多參數柔性傳感器是利用傳感元件對多個耦合刺激信號同時進行測量，從而實現將物理刺激精確解耦，并轉化為可以采集的數據信息。相對于單物理量的傳感器，多參數傳感器可以實現對多參數物理場進行監測，并且解耦區分出物理場中相關的物理量，有著更高精度、更穩定的性能。

要實現同時測量多參數物理量，并且精確解耦出各個物理參量，這對柔性傳感器提出更高的挑戰。常見的多參數柔性傳感器是利用石墨烯、碳粉等碳質材料跟硅膠材料混合制備的傳感元件或利用沉積、濺射等方式制備的鉑(Pt)、銀等金屬薄膜電極傳感元件來實現對溫度、應變、壓力、濕度、空氣流速等物理量的測量。而上述提出的多參數傳感器具備如以下其中之一或幾個缺點：1)由于碳質材料和金屬納米顆粒是固體特性，容易產生于柔性基體1應力不匹配、應力集中等問題，傳感器穩定性有待提高；2)金屬薄膜電極柔性差，限制傳感器的應用范圍；3)傳感元件制備工藝復雜、成本高；4)多參數解耦的能力較弱，大部分傳感器只能定性的識別物理量的狀態，并不能精確解耦測量各個物理量。因此對于這些問題，需要開發一種工藝簡單、柔性好的、更系統、更科學的多參數傳感器。

發明內容

本發明一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器及測量方法，旨在至少解決多參數柔性傳感器現有技術或相關技術中存在的一個問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種溫度與應變并行測量的柔性雙參量傳感器，包括：

柔性基底，

共面布置在柔性基體上電極第一流道和電極第二流道；

呈間隔設置的電極第一流道和電極第二流道上覆蓋柔性薄膜形成對應的微流道結構，微流道結構內灌注液態金屬；

所述電極第一流道的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點；

所述電極第二流道的兩端設置液態金屬進出端口且作為電極測量點。

優選的，所述的電極第一流道和電極第二流道交叉且等間距設置，其間距距離為微米級。