[發明專利]一種基于惠斯通電橋原理的全柔性雙向拉力傳感器

在審

• 申請號: 202110032258.X
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112880885A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李泳江;占琛林;覃開蓉;陳曉明;薛春東;劉琨;于苗;楊雨濃
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

1.一種基于惠斯通電橋原理的全柔性雙向拉力傳感器，其特征在于，所述的全柔性雙向拉力傳感器包括封裝液態金屬合金的全柔性微流控拉力傳感芯片以及四個金屬接線引腳；

所述的全柔性微流控拉力傳感芯片包括柔性基體內置2×2陣列形式柵型微通道的全柔性微流控芯片；第一柵型微通道(A-1)、第二柵型微通道(A-2)、第三柵型微通道(A-3)和第四柵型微通道(A-4)結構一致，均由相互平行的長直通道與末端半圓形通道連接構成，平行長直通道的數量根據實際需要進行調整；第一柵型微通道(A-1)和第三柵型微通道(A-3)關于全柔性微流控拉力傳感芯片中心點中心對稱，長直通道與橫軸方向平行；第二柵型微通道(A-2)和第四柵型微通道(A-4)關于全柔性微流控拉力傳感芯片中心點中心對稱，長直通道與縱軸方向平行；所有柵型微通道內均封裝液態金屬合金材料；

所述的四個金屬接線引腳包括第一金屬接線引腳(B-1)、第二金屬接線引腳(B-2)、第三金屬接線引腳(B-3)和第四金屬接線引腳(B-4)；第一金屬接線引腳(B-1)通過微通道和第一柵型微通道(A-1)始端與第二柵型微通道(A-2)末端相連；第二金屬接線引腳(B-2)通過微通道和第二柵型微通道(A-2)始端與第三柵型微通道(A-3)末端相連；第三金屬接線引腳(B-3)通過微通道和第三柵型微通道(A-3)始端與第四柵型微通道(A-4)末端相連；第四金屬接線引腳(B-4)通過微通道和第四柵型微通道(A-4)始端與第一柵型微通道(A-1)末端相連；

所述的內置2×2陣列微通道結構形如惠斯通電橋，第一柵型微通道(A-1)、第二柵型微通道(A-2)、第三柵型微通道(A-3)和第四柵型微通道(A-4)分別對應惠斯通電橋的橋壁R₁、橋臂R₂、橋壁R₃和橋臂R₄；第一金屬接線引腳(B-1)、第二金屬接線引腳(B-2)、第三金屬接線引腳(B-3)和第四金屬接線引腳(B-4)分別對應惠斯通電橋響應檢測引腳V_o1、激勵加載引腳V_i1、響應檢測引腳V_o2和激勵加載引腳V_i2；激勵加載引腳V_i1和激勵加載引腳V_i2構成輸入橋通道激勵加載的兩級；響應檢測引腳V_o1和響應檢測引腳V_o2構成輸出橋通道響應檢測的兩級。

2.根據權利要求1或2所述的一種基于惠斯通電橋原理的全柔性雙向拉力傳感器，其特征在于，根據惠斯通電橋原理，當全柔性雙向拉力傳感器未受到拉伸力作用，四個部分的柵型微通道結構和尺寸相同，各橋臂電阻值相同，輸出橋通道兩級之間的電勢為零；當受到平面上橫向或縱向的拉力后，力作用方向的柵型微通道會發生形變，擠壓內部的液態金屬合金，引起電阻值改變，而垂直力作用方向上柵型微通道形變忽略不計，因而在輸出橋通道兩級之間產生電勢差；利用拉力與其作用下柵型微通道形變引起的電阻值變化產生的輸出橋通道兩級之間電勢差的定量關系，通過測得的輸出橋通道兩端電勢差大小、正負號定量分析拉力的大小、判斷拉力作用方向。