[发明专利]一种量程和灵敏度可调的柔性传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器制备领域，并公开了一种量程和灵敏度可调的柔性传感器及其制备方法。该方法包括：(a)在该刚性透明基板上依次沉积激光反应层和透明柔性基板，将激光反应层与刚性透明基板分离，以此获得激光反应层与透明柔性基板层的双层结构；(b)根据所需制备的传感器的类型沉积电极层；(c)激光照射柔性透明基板，激光反应层吸收所述激光的能量发生烧蚀分解反应，反应生成的气体将激光反应层被照射的区域顶起且与柔性透明基板分离，从而在柔性透明基板与激光反应层之间形成空腔，由此完成柔性传感器的制备。本发明还公开了该制备方法获得的产品，通过本发明，制备方法简单，制备的传感器灵敏度高，量程实时可调。

技术领域

本发明属于传感器制备领域，更具体地，涉及一种量程和灵敏度可调的柔性传感器及其制备方法。

背景技术

飞行器智能蒙皮是一种先进的智能材料结构，能够极大提高飞行器的飞行速度、操作机动性、环境感知和安全维护能力，一般由特定信息的传感器、控制器和驱动器组成，具备信息传递、信息处理和驱动三种功能。其中飞行器表面压力测量对研究飞行器的气动特性尤为重要。测量飞行器模型在风洞中各部件，如机翼、尾翼、机身、操纵面、外挂物等表面的压力分布，为飞行器及其各部件结构强度计算提供载荷，为飞行器及其各部件的性能，研究绕模型的流动特性提供数据。通过压力分布测量可以确定机翼上最小压力点位置、激波位置、气流是否分离，以及作用在模型上的升力、压差阻力和压力中心的位置等。

常规压力分布采用压力孔测量。在风洞测试中，压力传感器一般有表面安装、嵌入安装和通过管路系统外接至扫描阀三种方式。但是测压孔的存在破坏了模型的整体性，增加了模型的加工难度，且造价高、周期长。另外测压孔改变了附近的流线曲率以及孔内存在漩涡，从而导致压力孔所测压力比真实压力要高，并且不同的孔径和孔缘不规则也会对测量产生不同的影响。部分电容传感器和压电传感器的作用原理均可归纳为相应的功能层结构发生变形，导致对应区域的电容发生变化，或基于压电效应而产生压电信号，从而实现对功能层结构变形的感知与测量，并利用这一原理实现各种压力、应变传感器的制备，现有技术中提高这一类型传感器灵敏度的一种思路是对传感器内部结构进行优化设计，提升用于传感的功能层结构在外界作用下的变形程度，从而增大感应信号。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种量程和灵敏度可调的柔性传感器及其制备方法，该方法利用激光加工技术获得空腔结构，该空腔结构内部为气体，外层为超薄薄膜，由于其中空的特性，在外界作用下，超薄薄膜结构极易发生变形，通过将传感用的功能层嵌入超薄薄膜，可以显著提高传感器的灵敏度，此外，通过调整空腔高度和内部的气压大小可调整传感器的量程和灵敏度，由此解决传感器灵敏度低和量程不可调的技术问题。并利用该空腔结构制备超灵敏传感器的方法。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种量程和灵敏度可调的柔性传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)选取刚性透明基板，在该刚性透明基板上沉积厚度在1微米至50微米之间的激光反应层，在该激光反应层上沉积厚度在50微米至5毫米之间的透明柔性基板，将所述激光反应层与所述刚性透明基板分离，以此获得激光反应层与透明柔性基板层的双层结构，判断所需制备的传感器的类型；

(b)当制备的传感器为压电传感器时，在所述激光反应层上方沉积采用压电材料的传感器功能层，然后在该功能层上方沉积用于引出待测量信号的电极层；当制备的传感器为平行板电容传感器时，在所述激光反应层的上方沉积电极层；

(c)在所述柔性透明基板的下方采用激光照射该柔性透明基板，其中，该透明柔性基板下方的两端放置掩膜版，所述激光穿透未放置掩膜版区域的柔性透明基板照射至所述激光反应层的下底面，该激光反应层吸收所述激光的能量发生烧蚀分解反应，该反应生成的气体将所述激光反应层被照射的区域顶起且与所述柔性透明基板分离，从而在所述柔性透明基板与激光反应层之间形成空腔，通过调节所述空腔的内部气压与高度和该空腔上方的激光反应层、功能层或电极层的厚度分别实现所述柔性传感器量程和灵敏度的调整。