[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

本發明公開了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，所述傳感器主要包括支撐平臺、傾斜懸臂梁、導電納米粒子點陣、導電微電極和電導測量外電路；傾斜懸臂梁傾斜固定于支撐平臺上，在傾斜懸臂梁正反表面相對應位置分布至少一組導電納米粒子陣列；各組內的導電納米粒子陣列兩側分布有導電微電極；電導測量外電路與導電微電極電連接。本發明對于氣流壓力與溫度敏感的元件為導電納米粒子陣列，其量子電導隨粒子間距與溫度呈指數關聯，故對氣流壓力和引起的形變及溫度變化會有極其靈敏的響應；這一結構可同步測量氣流的壓力與溫度、無需集成額外傳感器校準，精簡了傳感結構，納米粒子點陣的阻抗都處于兆歐量級，功耗極小。

技術領域

本發明屬于傳感器、檢測儀器領域，涉及一種可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器，通過將傾斜懸臂梁正反表面同組內對應的導電納米粒子點陣電導變化的幅度對比，就可以同步測量出氣流壓力、氣流方向及氣流溫度，具體為導電納米粒子點陣與柔性襯底的新型敏感復合結構溫壓應變傳感器及其組裝方法和應用。

背景技術

在工業控制、氣象檢測、航空航天及交通運輸等諸多領域，對精密的氣流傳感器具有廣泛的需求，其根本原因是氣流傳感器能夠對氣流壓力、溫度、流向實現精準探測，為操控系統提供必要的數據支撐，經中央處理器分析后做出適當的處理舉措。為了能夠準確測量端氣流的多項信息。傳統的氣流探測體系往往集成式地在系統內布控不同的傳感器，讓各個傳感器分門別類地測試氣流的壓力、溫度乃至于流向，并最終匯總所有數據，完成對氣體流動的全方位探測。然而這種測量模式存在著抗干擾能力弱的缺陷。多數測量氣壓的傳感器往往會對溫度敏感，無法區分其信號源于氣流壓力變化或是氣流溫度變化，因而需要集成溫度傳感器對其校準。然而系統中溫度傳感器與壓力傳感器的集成位置往往并非一處，校準時會因為位置差異而引入校準誤差。此外，所集成的溫度傳感器也會對氣壓變化敏感，在不穩定氣流作用下，亦不能準確探測到氣流溫度，因而會加劇整個系統中探測數據的失真。總的來說，現有的多功能氣流測量系統的精度仍有提高的空間。

納米粒子點陣的量子電導對粒子間平均距離異常敏感，可用于開發感知應變、壓力的傳感器。另外，溫度也會影響到在納米粒子點陣中傳輸的電子內能，從而改變納米粒子點陣的導電能力。據此，申請人設計了一種基于納米粒子點陣的可同步測量氣流壓力與氣流溫度的柔性傳感器。該傳感器通過聯立同組內納米粒子點陣的電導變化，建立準確的解耦方法，原位解析出氣流壓力、溫度與方向，可廣泛應用于工業控制、氣象觀測、交通運輸以及微型機器人探測等領域。

發明內容

針對現有技術存在的上述技術問題，本發明的目的在于提供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。本發明利用同組內兩個納米粒子點陣的量子電導對氣流壓力與溫度變化的不同響應行為，從而實現對氣流壓力與溫度的不同測量，是一種相較于將壓力傳感器與溫度傳感器相互集成技術的改進。在本發明中，不需要額外地在壓力傳感器中集成溫度傳感器，取而代之的是從兩個納米粒子點陣的相對電導變化中提取出壓力變化和溫度變化兩個參量。

本發明采用的技術方案如下：