[发明专利]一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器领域，尤其涉及一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器。

背景技术

随着医疗健康产业的迅猛发展，人们对与可穿戴电子产品的柔软性与舒适性提出了越来越高的要求。

目前市场上已有的压力传感器，大多以硅或陶瓷为衬底，硬度很高，适用于传统的手机、汽车的电子产品，却不能适应满足医疗健康市场对柔软性与舒适性的要求。少数柔性压力传感器，却大多需要电路连接，在许多应用场合下极为不便。

无线传感器主要分为以下两种：一种是射频信号通过天线收发，其利用电磁波在空间中的收发来传输信号，其传输距离较长，但必须携带电源，发展受到限制，且因其电路结构复杂难以做成全柔性传感器。另一种是电感近场耦合，这种方法通常利用LC并联谐振回路，利用敏感电容随外界参数变化，谐振回路的谐振频率发生改变，通过外界读数线圈直接测得谐振频率即可得到待测参量。与前者相比，LC式无线传感器无需电源，使用寿命不受限制，同时结构简单，适应性强，可以根据需求设计成柔性或非柔性器件，充分满足不同环境的需求。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种由柔性材料制成、结构简单、灵敏度与可靠性高的压力传感器及其制作方法。

技术方案：本发明的一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：包括两个线圈电极，位于线圈电极之间的介质层与位于线圈电极之外的封装层，线圈电极、介质层与封装层采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；所述的线圈电极为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；所述的介质层内表面经微处理设有对应的凸起结构。

其中，所述的介质层包含上下对应的两层，其经过微处理的内表面凸起结构相向贴合。介质层对应层上微处理设置的凸起结构为微米尺度的金字塔阵列；所述的金字塔凸起结构的尺寸为10-100um。

其中，所述的封装层厚度为10-100um。

一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器的制作步骤如下：

(1)取一块硅基片，通过各向异性湿法刻蚀出凸起结构凹槽阵列，其间距为10-100um；

(2)将预先调配的热塑性树脂溶液涂覆到硅衬底表面并固化制成介质层，介质层材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；

(3)通过印刷技术将线圈电极印刷到介质层的上表面，印刷浆料包括导电的银浆、铜浆、碳浆；

(4)在线圈电极上表面在涂覆一层封装材料并固化，封装材料将线圈电极覆盖制作成封装层，封装层材料包括聚酰胺纤维PA、聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；

(5)移除硅衬底，取下介质-电极-封装层聚合结构；

(6)取两块步骤(5)制得的聚合结构相向对准并键合，其中含有凸起结构的介质层在内，封装层在外；获得最终的压力传感器。

工作原理：当本发明传感器受到外界压力时，介质层内表面的对应的凸起结构，金字塔阵列发生形变，引起两线圈电极之间的间距变化，等效并联电容随之改变，进而引起LC谐振回路的谐振频率发生偏移；频率偏移量可通过外界读数线圈直接读出，不需要引线连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明提供一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，所用材料皆为柔性材料，通过介质层内表面的对应的凸起结构的形变使电容改变，适用于多种对传感器柔软性有要求的场合，如伤口检测、食品包装等。同时具有结构简单，灵敏度与可靠性高，无需通过电气连接即可读取数据等优势，使用方便，易于推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明的等效电路图；

图中1为线圈电极、2为介质层、3为封装层、4为硅基片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。

本发明的一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器的使用方法为：首先对传感器进行标定，确定传感器所受压力与LC谐振器的谐振峰偏移之间的对应关系。标定完成后，将传感器置于所需要的应用场景内，如人体皮肤表面、食品包装袋内等，通过读数线圈测出谐振频率变化偏移，即可得出其所受压力变化。

实施例1：