[发明专利]一种基于接触面积的线性响应电容型压力传感器

权利要求书

1.一种压力感测装置，其特征是，包括微结构材料、附着于所述结构表面的电极、介质或导电材料；附着于所述介质或导电材料一面的电极以及支撑材料；所述附着于所述结构表面的电极接触所述介质或导电材料之一的非电极面的表面产生相应接触面积；所述结构、所述附着于所述结构表面的电极、所述介质或导电材料、所述附着于所述介质或导电材料一面的电极，以及所述支撑材料一起配置和布置以通过以下步骤提供对压力的线性电指示；响应于所述结构的弹性压缩或膨胀而影响所述相应的接触面积的变化，以及基于所述相应的接触面积的变化提供所述附着于所述结构表面的电极与所述附着于所述介质或导电材料一面的电极之间的电容值的变化；所述介质或导电材料在所述附着于结构表面的电极与所述附着于所述介质或导电材料一面的电极之间，所述结构材料附着于所述支撑材料，所述附着于所述介质或导电材料一面的电极贴合着另一支撑材料，并且被配置和布置为响应于施加至所述支撑材料之一表面的、引起所述结构压缩或膨胀的压力变化来影响所述相应的接触面积的变化；所述结构材料被配置和布置为：响应于所述结构的弹性压缩或膨胀而影响的所述相应接触面积的变化同施加至所述支撑材料之一表面的压力的变化在数值上呈线性关系。

2.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征是，其中所述结构被配置和布置为：通过受力方向上弹性压缩，垂直于受力的平面内弹性膨胀来响应于压力的增加，并经由弹性形变，通过增加所述附着于所述结构表面的电极与所述介质或导电材料的接触面积来提供电容的增加；以及通过受力方向上弹性膨胀，垂直于受力的平面内弹性收缩来响应于压力的减少，并经由弹性形变，通过减少所述附着于所述结构表面的电极与所述介质或导电材料的接触面积来提供电容的减少；

响应于所述结构的弹性压缩或膨胀而影响的所述相应接触面积的变化同响应于所述接触面积变化而影响的所述附着于所述结构表面的电极与所述附着于所述介质或导电材料一面的电极之间的电容值的变化在数值上呈线性关系。

3.如权利要求1-2之一所述的压力感测装置，其特征是：呈圆锥体周期性阵列或楔形体周期性阵列或N棱锥体周期性阵列或其他体结构；所述圆锥体或楔形体或N棱锥体的尺寸小于1毫米，大于100纳米；所述N棱锥体中的N为不小于3的整数；所述结构以体对称轴垂直于所述支撑材料，并且尖端指向所述介质或导电材料来进行配置和布置。

4.如权利要求1-2之一所述的压力感测装置，其特征是：所述的附着于所述结构表面的电极以及附着于介质或导电材料一面的电极，在所述结构表面通过磁控溅射或热蒸镀或其他成膜方式形成的金属薄膜电极或其他导电性良好且柔性良好的薄膜电极或复合薄膜电极，如金、银、铂、铝、铜、钛/金、钛/铜、氧化铟锡、氧化铟锌等；其中电极薄膜与所述结构表面具有良好附着性。

5.如权利要求1-2之一所述的压力感测装置，其特征是：所述介质材料为厚度小于1微米的超薄介电薄膜或离子导体薄膜；所述导电材料为电阻率较大的导电薄膜或导电网络或周期性分布或分散的微型导电颗粒或周期性分布的微型导电电阻元形成的阵列或其他满足实现权利要求5所述线性关系的导电材料。

6.如权利要求1-2之一所述的压力感测装置，其特征是：以柔性薄膜形态呈现，且易于与权利要求1所述压力感测装置其他部分统一配置和布置。结构的构成材料，其特征为：可发生可逆性弹性形变的弹性体材料，且易于加工为权利要求8所述结构，如橡胶等。

7.如权利要求1-2之一所述的压力感测装置，其特征是：所述的压力感测装置被配置和布置为：

以所述支撑材料任一面未受到压力模式操作，其中所述附着于所述结构表面的电极与所述介质或导电材料间存在第一量接触面积，所述第一量接触面积在所述附着于所述结构表面的电极与附着于所述介质或导电材料一面的电极之间提供第一量电容，以及

以所述支撑材料任一面受到压力模式，其中所述附着于所述结构表面的电极与所述介质或导电材料间存在第二量接触面积，所述第二量接触面积大于所述第一量接触面积，并且在所述附着于所述结构表面的电极与附着于所述介质或导电材料一面的电极之间提供高于第一量电容的第二量电容。