[发明专利]用于气动压力测量的微流体柔性传感器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中。

技术领域

本发明涉及用于测量应力应变的传感器，尤其涉及可用于飞行器表气动压力传感器。

背景技术

随着技术发展，目前飞行器表面气动压力测量的常用传感器有光纤光栅传感器、MEMS硅压阻式传感器的压力精度、分辨率、抗干扰等能力都得到了极大提高。但光纤光栅传感器依旧存在高成本、信号处理困难等不足；常见的MEMS硅压阻式传感器则受温度影响较大，必须设计复杂电路进行温度补偿才能正常使用。本发明提出基于柔性材料的以导电液体作为敏感件的应变式压力传感器可以实现传感器与曲面的有效贴合；在测量的同时，因为所述传感器较薄的厚度以及与表面的高度贴合性，传感器的存在对于测量环境的影响相较于其他大部分传感器对于测量环境的影响更小。

Whitey首先在1949年提出将导电液体注入柔性材料中以实现应变测量的惠特尼应变计¹。目前的惠特尼式的应变计设计主要以生物相容性更好的聚二甲基硅氧烷(PDMS)代替了橡胶，并以无毒的镓基合金代替了剧毒物水银²。目前嵌入式微流体柔性应变传感器设计在较低外部应力应变的情况，单位外部应力应变下传感器敏感件的电阻变化量较小³，而且目前嵌入式微流体柔性应变传感器内部容纳液体的结构较为单一，主要为直线流道和“蛇形”流道⁴。采用所述“主流道-分流道”设计的嵌入式微流体柔性应变传感器在单位压力下可以获得更大的电阻变化量，无需复杂的辅助电路，有利于传感器的网络化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种成本较低、易于传感器网络化、可以实现测量曲面或者平面的表面气动压力的压力传感器；在测量的同时，因为所述传感器较薄的厚度以及与表面的有效贴合，传感器的存在对于测量环境的影响相较于其他大部分传感器对于测量环境的影响更小，如安装在机翼表面测量气动压力的情况等。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种用于气动压力测量的微流体柔性传感器，包括：两个层叠设置的基底；其中，第一基底朝向第二基底的一面设置有主流道和分流道，所述主流道的首尾两端分别连接一导电液体注射口，所述注射口延伸至第一基底远离第二基底的那一面；所述分流道有多个，每一个分流道的一端分别与主流道的不同位置连通，另一端向着远离主流道的方向延伸，并且为封闭端；

所述第二基底朝向第一基底的一面具有两个独立的容置电极的腔室，所述腔室朝向第一基底的一侧为开口面；

所述第一基底和第二基底层叠放置后，所述导电液体和电极被封装在两个基底之中；

其中所述导电液体在主流道中流动时，其与主流道底面的接触角大于90°，并且所述主流道的横截面与分流道的横截面满足如下关系：其中L₁、H₁分别为主流道横截面的宽度和高度，L₂、H₂分别为分流道横截面的宽度和高度。

在一较佳实施例中：所述腔室在第一基底中的投影面积覆盖一部分主流道，使得所述主流道内的导电液体直接与电极接触。

在一较佳实施例中：单位体积的导电液体在所述分流道结构中对于总电阻的影响小于主流道中单位体积的液体对于总电阻影响。

在一较佳实施例中：所述分流道与主流道连通的那一端，对主流道内的导电液体施加毛细管压力，所述导电液体内部压力低于毛细管压力时，导电液体不会进入分流道。