[發明專利]一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器及其組裝方法和應用

在審

• 申請號: 202210617723.0
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN115096499A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 胡軍;葉琳琪;李鑫磊;陳敏瑞
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06;G01L19/00;G01K7/02;G01K1/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

1.一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述傳感器包括支撐平臺（4）、傾斜懸臂梁（1）、導電納米粒子點陣（3）、導電微電極（2）和電導測量外電路（5）；其中，傾斜懸臂梁（1）固定在支撐平臺（4）上，并與支撐平臺（4）之間呈一定夾角；至少一組導電納米粒子點陣（3）沉積于傾斜懸臂梁（1）正反表面一一對應的相同位置；導電微電極（2）設于各組導電納米粒子點陣（3）的兩側，在傾斜懸臂梁（1）的正反表面對稱分布；電導測量外電路（5）與導電微電極（2）電連接；正反表面納米粒子點陣（3）的導電能力會隨著吹響傾斜懸臂梁（1）的氣流方向、壓力以及溫度的不同呈現出可區分的響應趨勢，通過電導測量外電路（5）同步測量處于傾斜懸臂梁（2）正反表面的導電納米粒子點陣（3）的電導變化，正反表面的導電納米粒子點陣（3）的電導變化率隨溫度變化有同幅度的變化；氣流壓力作用于傾斜懸臂梁會造成懸臂梁彎曲，正反表面的導電納米粒子點陣（3）的電導隨氣流壓力變化呈趨勢相反的變化；切換氣體流向，同一面內的導電納米粒子點陣（3）的電導變化趨勢與氣體流向切換前相反，以此同步測量氣流壓力與氣流溫度，判斷氣流方向。

2.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，支撐平臺（4）的材料選擇聚合物薄膜或金屬夾具，聚合物薄膜包括聚二甲基硅氧烷或硬質塑料，金屬夾具包括不銹鋼或銅。

3.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述傾斜懸臂梁（1）襯底為絕緣薄膜，其電阻率≥10⁹ Ω·m，彈性模量為100 kPa-4000MPa，厚度為0.05 mm-1 mm，其材質包括：聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚氨酯、云母或氧化鋁。

4.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述導電納米粒子點陣（3）材質為金、銀、鈀、鉑、鉻、鋁或者氧化銦錫，粒子的平均尺寸為5-30 nm，相鄰粒子間的平均間隙為0.1-5 nm，導電納米粒子點陣（3）覆蓋率為30-90%；電子在粒子間的傳輸方式為量子隧穿或跳躍，每個點陣的電阻≥10 kΩ。

5.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，導電微電極（2）為叉指電極、平行電極或螺旋電極，材質為金、銀、銅、鐵或鋁，電極厚度為100-300 nm，兩極間寬度為4 μm-300 μm；

所述電導測量外電路（5）采集頻率為1-2000 Hz，與導電微電極（2）通過直徑為10-100μm的漆包線連接。

6.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述傳感器的測量溫度范圍為-20~70 ℃。

7.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述傳感器的測量氣流壓力范圍為0.5-1000 Pa。

8.如權利要求1所述的一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，其特征在于，所述傳感器能夠判斷氣體正向流動或反向流動。