[發(fā)明專利]壓力傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080029246.5
• 申請日: 2020-04-17
• 公開（公告）號: CN113711000A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬里亞·瑪西婭·安東內(nèi)塔·伯格霍恩;彼得·扎拉爾;杰倫·范·登·布蘭德;達(dá)妮埃萊·拉伊泰里;艾德斯格爾·康斯坦·彼得·斯米茨
• 申請（專利權(quán)）人: 荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(TNO)
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01L1/18;G01L1/20;G01L1/22
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 梁麗超

本公開涉及壓力傳感器，包括至少兩個(gè)相鄰的導(dǎo)電引線，該導(dǎo)電引線以圖案形式設(shè)置在第一彈性體載體的面上；以及由電阻復(fù)合材料形成的電阻層，用于分流至少兩個(gè)相鄰的導(dǎo)電引線，所述導(dǎo)電層設(shè)置在第二彈性體載體的面上。第一載體和第二載體橫跨間隔件堆疊，使得至少兩個(gè)相鄰的導(dǎo)電引線橫跨由間隔件限定的間隙面向電阻層。間隙由載體之間的凹穴形成。包括至少兩個(gè)相鄰的導(dǎo)電引線的第一載體和/或包括電阻層的第二載體是可拉伸的，諸如在接收在橫跨間隙的方向中施加的力F時(shí)，減小電阻層與至少兩個(gè)相鄰的導(dǎo)電引線之間的間隙。在閉合間隙時(shí)，相鄰的導(dǎo)電引線在力相關(guān)的接觸區(qū)域和接觸電阻上分流。載體之間的氣體約束結(jié)構(gòu)中的氣體至少部分地抵消所施加的力。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及基于壓敏電阻的力傳感器，具體是包括基于膜型電阻的壓力傳感器的彈性體制品及其制造方法。

背景技術(shù)

力覺電阻(FSR)傳感器通常包括與電極直接接觸的力相關(guān)的電阻材料層。多種FSR油墨是已知的，可由其形成此類層。通常，這些材料包括在滲透閾值以下或附近與導(dǎo)電填料顆粒(碳納米管、石墨)混合的彈性基質(zhì)材料(例如橡膠，諸如PDMS)。在壓縮材料時(shí)，可以降低滲透閾值，這可能伴隨著經(jīng)由導(dǎo)電填料顆粒橫跨基質(zhì)形成的新導(dǎo)電通路。US3806471公開了一種由分散在可壓縮(彈性)材料中的(半)導(dǎo)電顆粒形成的FSR材料。在其它情況下，直接接觸的材料對壓力的靈敏度通過使用膜中的空隙來增強(qiáng)，諸如在US9278856中所述。這里的柔性感測材料包含碳納米管。

可替代地，F(xiàn)SR已經(jīng)使用應(yīng)用于力傳感器中的電阻材料構(gòu)造而成，該力傳感器由橫跨間隙分隔的平行膜結(jié)構(gòu)形成，如US5033291中所述。在此種類型的設(shè)備中，可以辨別出兩種不同的操作模式。在第一種的所謂的“直通模式”中，施加的力與從第一膜上的電路經(jīng)由電阻材料流向第二膜上的單獨(dú)電路的電流相關(guān)。當(dāng)施加壓力時(shí)，層接觸可以通過電路之間的電阻變化來記錄。“直通”型傳感器的缺點(diǎn)是在組裝期間需要復(fù)雜的布線方案和/或進(jìn)一步的高分辨率對齊。此外，由于橫跨間隙的兩層都需要電路，“直通”型傳感器更難相接。US6909354公開了一種“分流”型力傳感器，其中電阻層膜懸掛在交叉指狀電路上。在按壓傳感器時(shí)，交叉指狀電路被電阻層分流。分流模式的缺點(diǎn)是，由于不均勻的力-電阻關(guān)系，這些通常會受到不太理想的靈敏度曲線影響，例如施加力的微小變化可導(dǎo)致很大的觀察電阻變化，并且相反，施加力的很大變化可導(dǎo)致電阻的微小變化。通常，這是通過使用高分辨率制造技術(shù)形成指狀電極來解決的。其問題包括此類技術(shù)不利于大規(guī)模制造。US6964205公開了一種可用于檢測座椅表面的力分布的傳感器。傳感器包括至少一個(gè)襯底層、相對于襯底層可操作地布置的多個(gè)感測元件，以及設(shè)置在襯底層上的導(dǎo)電跡線。通過采用狹縫或切口，傳感器可以獨(dú)立于相鄰傳感器移動，從而允許傳感器符合不規(guī)則形狀的表面。缺點(diǎn)包括狹縫或切口的提供在大規(guī)模制造中是不利的，并且剛性傳感器箔被體驗(yàn)為不舒服。此外，仍然需要提供具有改進(jìn)的長期可重復(fù)性的壓力傳感器。本發(fā)明通過提供可集成到織物產(chǎn)品中的如本文所述的壓力傳感器來克服這些或進(jìn)一步的缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容