[發明專利]一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器及測溫方法

在審

• 申請號: 202110034151.9
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112781741A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 徐春祥;劉威;石增良;李竹新
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01K1/18
• 分類號: G01K1/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器及測溫方法，傳感器包括柔性基底，柔性基底上固定有氧化鋅材料，氧化鋅材料上設有電極，電極與電源相連。將ZnO放置在柔性襯底上，在ZnO材料上制備等間距的電極，通過導線與電源和信號接收系統連接，信號接收系統通過無線發射裝置將電流信號傳輸至信號處理系統，信號處理系統通過內部單片機程序將電流信號轉化為可視化的溫度信號。本發明構建了基于ZnO材料的溫度傳感器，具有靈敏度高，響應速度快，可即時顯示等優點。

技術領域

本發明涉及溫度傳感器，特別是涉及一種高靈敏度負溫度系數柔性傳感器及測溫方法。

背景技術

精確的測量人體的溫度有利于監測人體的健康狀況，隨著溫度傳感器技術的發展，從最初的水銀溫度計，到現在的紅外非接觸式傳感器，各種各樣的溫度傳感器的測量精度，響應速度相對較慢的問題也日益突出，因此開發一種精確高響應速度快的溫度傳感器成為急需的任務。

靈敏度和精確度是傳感器的兩項很重要的技術指標，現有的傳感器主要分為水銀溫度計，紅外非接觸式的傳感器，但是這兩種類型的溫度的靈敏度和精確度都有一定的問題，電阻式溫度傳感器應運而生，但是現有的電阻式溫度傳感器存在電阻對溫度變化小，靈敏度低，以及易受到電路電阻發熱和自身電阻發熱的影響，會降低溫度測定的精確。

發明內容

發明目的：本發明的目的之一是提供一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器，測量精度高，器件形狀可控；本發明的目的之二是提供一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器的測溫方法。

技術方案：本發明的一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器，包括柔性基底，柔性基底上固定有氧化鋅(ZnO)材料，氧化鋅材料上設有電極，電極與電源相連。

進一步地，該柔性傳感器還包括信號接收系統和信號處理系統，電極與電源通過導線連接、信號處理系統位于電源和電極之間通過導線連接，信號接收系統與信號處理系統通過無線傳輸連接。信號接收系統通過無線發射裝置將電流信號傳輸至信號處理系統，信號處理系統通過內部單片機程序將電流信號轉化為可視化的溫度信號。

優選地，信號處理系統內置單片機，通過設定的電流與溫度的標準曲線，信號處理系統通過內部單片機程序將電流信號轉化為可視化的溫度信號，即：將測試電流轉化為實時溫度。

優選地，所述氧化鋅材料的氧空位濃度為15％～90％。進一步地，為了提高傳感器的靈敏度和精度，所述氧化鋅材料的氧空位濃度為15％～30％或70％～90％。而氧化鋅材料的氧空位濃度可以通過在氧化鋅材料的合成過程中控制氧氣的通入量和控制反應時間控制，可通過現有技術輕易實現。其中，氧化鋅材料為薄膜、納米線、微米線或塊體等。

優選地，電極沿氧化鋅材料的長度方向等間距設置；電極的材料為銦、氧化銦錫、Ni/Au合金或Ti/Au合金。

其中，所述柔性基底為無機柔性材料(如云母)或有機柔性材料(如聚乙烯、聚丙烯或者聚丙烯酸酯塑料)。

本發明還提供了一種用于體溫區間的高靈敏度負溫度系數柔性傳感器的測溫方法，包括如下步驟：

(1)將氧化鋅材料轉移至清洗的柔性基底上固定，在氧化鋅材料上設置等間距的電極，電極與電源相連，形成溫度傳感器器件；柔性基底的清洗可采用酒精、去離子水處理。

(2)將器件在標準溫度下測試得到標準電流曲線，并將電流與溫度的曲線輸入信號處理系統中；

(3)將溫度傳感器件安裝于待測部位，測試器件的電流；將測試得到的電流傳輸至信號處理系統轉化為實時溫度值。其中，待測部位如人體的腕部；可通過加裝顯示屏實現轉化為可視化的實時溫度值。

溫度的變化會引起氧化鋅電導率的響應，由電學測量儀器獲得的電信號來確定環境溫度，從而達到測量溫度的目的。進一步地，通過調控氧化鋅材料的氧空位濃度，改變器件的測溫靈敏度。