[发明专利]基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明公开基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列，包括柔性基底层，所述基底层上覆盖有柔性吸波材料，所述柔性基底层和柔性吸波材料之间设置有支撑件，所述柔性基底层采用的是柔性平面线圈，支撑件采用的是弹性支柱；所述平面线圈与柔性吸波材料之间通过多个弹性支柱连接隔开，形成柔性电感式压力传感器。本发明提供一种基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列，具有高灵敏度、快速响应、高稳定性、抗干扰强、耐久度高的性能特点，能够应用于可穿戴电子设备中。

技术领域

本发明涉及柔性电子器件领域，特别是一种电感式柔性压力传感技术，具体涉及一种基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列及其制备方法。

背景技术

柔性传感器是一种将功能元件集成在柔性衬底上制成的传感器，在学术领域和工业领域均有极高的关注度。其柔性的特点使传感器具有延展性高、可自由弯折等特点，可贴合于表面形状不同的物体，设备体积小且重量轻，便于随身携带，在人机交互的智能可穿戴设备中有广泛的应用。其中，柔性压力传感器是常见的柔性传感器之一，它在贴合表面的同时，还能够提供该表面与外部环境的接触过程等重要信息。根据其传感机制的不同，柔性压力传感器可进一步细分为压阻式、电容式、压电式和光电式等。

目前，柔性压力传感器的应用包括健康监测、人体生理信号检测、人工皮肤、假体手术等。例如，董教授的研究小组报告了一种由还原氧化石墨烯(rGO) 和聚苯胺纳米线(PANI NWs) 包裹海绵制成的柔性电阻式压力传感器，在0 - 27 kPa的工作范围内，最大灵敏度为0.152 kPa^-1，可用于检测微小的人体运动 (例如语音识别和呼吸) 以及大规模的身体活动 (例如手指的弯曲、肘部和膝盖的运动)。目前，为了能够适应新兴的实际应用，柔性压力传感器面临着在灵敏度、分辨率、响应速度、稳定性和可重复性等方面实现高性能的挑战。

电感式传感器是一种基于电磁感应，利用磁路和磁阻的变化，进一步引起线圈自感或互感系数的变化，从而实现非电量测量的一种传感器。电感式传感器具有分辨率较高、使用寿命长、线性度较好、稳定性高、结构简单、抗干扰性好等优点，被广泛应用于位移测量、粒子检测、健康监测等领域。例如，Kisic的小组报告了一种基于无线电感压力传感的称重传感器来检测座位占用的方法，使用者的重量施加在传感器上时引起内置弹簧的压缩，从而引起底层线圈和顶层铁氧体板之间距离的减小，改变传感器的电感，进而改变传感器谐振频率。目前，国内的电感式传感器多由传统刚性材料制成，其应用范围被限制于传统工业领域，且存在低应变范围内灵敏度不足等问题，难以应用于可穿戴设备领域。另外，电感式传感器的精度很大程度上依赖于后续的数据采集系统，而电感式传感器的数据采集系统较为复杂，很难避免分辨率较低等问题。为了提高电感式传感器的测量精度，在设计传感器时，需要从提高传感器自身灵敏度和提高数据采集系统精度两方面去考虑。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列，具有高灵敏度、快速响应、高稳定性、抗干扰强、耐久度高的性能特点，能够应用于可穿戴电子设备中。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：基于铁氧体膜的柔性电感式压力传感器阵列，包括柔性基底层，所述基底层上覆盖有柔性吸波材料，所述柔性基底层和柔性吸波材料之间设置有支撑件，所述柔性基底层采用的是柔性平面线圈，支撑件采用的是弹性支柱；所述平面线圈与柔性吸波材料之间通过多个弹性支柱连接隔开，形成柔性电感式压力传感器。

本发明一个较佳实施例中，柔性吸波材料采用PET-铁氧体膜，PET-铁氧体膜包括PET膜，以及附着在PET膜上的至少一片铁氧体膜，且铁氧体膜位于PET膜与平面线圈之间。