[发明专利]一种仿生柔性压力传感器

说明书

本发明公开了一种仿生柔性压力传感器，包括相对布置的两电极，所述两电极均包括柔性基底和覆盖在柔性基底上的金属薄膜导电层，所述两电极的两个相对面中的任一表面向外凸起形成花瓣仿生结构，另一表面为平面结构；或包括相对布置的两电极，所述两电极的两个相对面中任一表面向外凸起形成花瓣仿生结构，另一个表面为平面结构，并在另一个表面设置绝缘层。本发明提供的仿生柔性压力传感器具有高灵敏度、高精确度、加工简易和成本低廉的优点。

技术领域

本发明涉及压力检测技术领域，特别是柔性传感器领域，具体为一种仿生柔性压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能将压力信号转换成可用的其他电信号的器件或装置。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，应用广泛，主要应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。常用的压力传感器分类主要有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。其中，应用最广泛的是压阻式压力传感器，具有较低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

现有的压力传感器大多以硬性材料制作，不适用于不规则表面的压力测试或者生物运动兼容的应用，传统柔性压力传感器有精确度不够、加工成本高、流程复杂等缺陷。

近年来，随着柔性电子学的发展，应用于假肢的触觉传感器、智能机器人以及健康监测方面的柔性传感器因其优异的性能而被广泛关注。柔性传感器因其柔软、富有弹性，能贴附于物体表面，且灵敏度较高，将在智能机器人、手持式电子消费产品、柔性显示器、医疗健康检测设备等方面具有巨大的潜在应用价值。目前，柔性传感器仍存在灵敏度有待提高、监测范围有限、制作工艺复杂、成本高等问题。所以，如何在维持相对简单的结构设计、保证器件轻薄和柔弹性的前提下，提高传感器的灵敏度已成为研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生柔性压力传感器，具有高灵敏度、高精确度、加工简易和成本低廉的优点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

本发明提供一种仿生柔性压力传感器，所述仿生柔性压力传感器包括相对布置的两电极，所述两电极均包括柔性基底和覆盖在柔性基底上的金属薄膜导电层，所述两电极的两个相对面中的任一表面向外凸起形成花瓣仿生结构，另一表面为平面结构。

上述结构的仿生柔性压力传感器为电阻型仿生压力传感器，金属薄膜导电层相对布置。其中，一电极作为阳极，另一电极作为零电位点，第一金属薄膜导电层和第二金属薄膜导电层接触时有电流通过；两电极分别接入灵敏电阻表的正极和负极，构成一个压力传感器。

在本发明中，电阻型压力传感器的工作原理为：当压力产生时，一电极上的玫瑰花瓣突起结构与另一电极互相挤压发生形变，两个金属薄膜导电层的接触面积发生改变，因此电阻会随压力大小依照一定规律发生变化，定标后即可作为压力传感器。

所述仿生柔性压力传感器包括相对布置的两电极，所述两电极的两个相对面中任一表面向外凸起形成花瓣仿生结构，另一个表面为平面结构，并在另一个表面设置绝缘层。

上述结构的仿生柔性压力传感器为电容型仿生压力传感器，其中，一电极作为零电位点，外接电压时两电极将构成一个电容；两电极分别接入灵敏电阻表的正极和负极，构成一个压力传感器。

已知电容公式为：

ε为介质介电常数；S为电容极板的正对面积；k为静电力常量,k＝9.0×10⁹N·m/C；d为极板间的距离。