[发明专利]微振动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种微振动传感器。

背景技术

微振动传感器广泛适用于电子，机械，生物等各个领域，通常是利用微小机械部件受力后产生的微小形变输出不同大小的电信号，通过分析电信号变化获取相应的信息。一般地，微振动传感器通过外电源或电磁、压电等方式实现供电，但这需要独立的供电装置，使得结构十分复杂。

摩擦发电机由于其自供电的优势，无需外部供电，不同结构和材料的摩擦发电机相继用于微振动传感器中。摩擦发电机一般由依次层叠的电极层，高分子聚合物绝缘层组成。受到外力时各层产生形变，进而相互摩擦，产生电信号，该电信号的特性与使其产生形变的外力相关，将电信号作为输出信号，供后续分析获得相关信息。然而，由于其各层的面积尺寸相对一致，用作微振动传感器时，不利于振动、压力的传递，因此其感测灵敏度较低，在振动或压力较小时，例如，液体滴落，呼吸气流等微弱受力条件下，不能将机械能转化为电能，输出电信号。因此，无法适用于呼吸强度检测或其他灵敏度要求高的微振动传感器中，如微小加速度传感器，以及人体血管、器官植入的微型医疗器械等。

此外，用于电子器件等精密应用的微振动传感器易受到外部的电磁干扰，导致输出信号的信噪比过高，通常还需要配置电磁屏蔽，这增加了成本，也不利于器件的小型化，也进一步限制了灵敏度。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种微振动传感器，能够感测、响应于微小外力，具有更高的灵敏度；并且能够屏蔽电磁干扰，达到较高的输出信噪比，无需额外的屏蔽设施，利于器件的微型化。

本发明提供了一种微振动传感器，包括：依次层叠设置的第一摩擦层，第一隔离层，中间摩擦层，第二隔离层和第二摩擦层；

其中，第一摩擦层包括层叠的第一高分子聚合物绝缘层和第一接地电极；

第二摩擦层包括层叠的第二高分子聚合物绝缘层和第二接地电极；

中间摩擦层包括作为两个信号输出端的第一输出电极和第二输出电极，中间摩擦层具有悬臂梁结构，悬臂梁结构包括悬臂和主体部分；

第一隔离层和第二隔离层均具有与主体部分相适应的空腔；主体部分的两侧表面分别通过第一隔离层的空腔和第二隔离层的空腔与第一摩擦层的第一高分子聚合物绝缘层和第二摩擦层的第二高分子聚合物绝缘层形成摩擦界面；中间摩擦层的悬臂梁结构以外的部分分别通过第一隔离层和第二隔离层与第一摩擦层的第一高分子聚合物绝缘层和第二摩擦层的第二高分子聚合物绝缘层粘接。

可选地，所述中间摩擦层还包括第三高分子聚合物绝缘层和第四高分子聚合物绝缘层；所述第一输出电极设置在所述第三高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第二输出电极设置在所述第四高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第一输出电极和第二输出电极相互绝缘粘接。

可选地，所述第一输出电极和第二输出电极通过蒸镀、溅镀、或刷涂方式分别制备在第三高分子聚合物绝缘层的第一侧表面和第四高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述第一输出电极和第二输出电极通过3M胶带粘接。

可选地，所述第三高分子聚合物绝缘层的第二侧表面通过所述第一隔离层的空腔与所述第一摩擦层的第一高分子聚合物绝缘层形成摩擦界面；所述第四高分子聚合物绝缘层的第二侧表面通过所述第二隔离层的空腔与所述第二摩擦层的第二高分子聚合物绝缘层形成摩擦界面。

可选地，属于所述悬臂梁结构的主体部分的第三高分子聚合物绝缘层的第二侧表面和第四高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上还分别设置有第一居间薄膜层和第二居间薄膜层；所述第一居间薄膜层通过所述第一隔离层的空腔与所述第一摩擦层的第一高分子聚合物绝缘层形成摩擦界面；所述第二居间薄膜层通过所述第二隔离层的空腔与所述第二摩擦层的第二高分子聚合物绝缘层形成摩擦界面。

可选地，所述第一居间薄膜层和第二居间薄膜层的材质分别选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺和苯胺甲醛树脂中的一种。

可选地，所述中间摩擦层还包括第五高分子聚合物绝缘层；所述第一输出电极和第二输出电极通过蒸镀、溅镀、或刷涂方式制备在所述第五高分子聚合物绝缘层的两侧表面上。

可选地，所述第一接地电极、第二接地电极、第一输出电极和第二输出电极的材质为铜、银、钛、金、铝、导电银浆或铟锡氧化物、石墨烯、石墨。

可选地，所述悬臂梁结构通过切割所述中间摩擦层制作；所述悬臂梁结构为单边悬臂梁结构，或双边悬臂梁结构。