[发明专利]一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器

说明书

本发明公开了一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器，将碳化棉织物作为薄膜电极的传感材料，将碳化棉织物复合溶液涂覆在固定电级上热封形成碳化棉织物薄膜电极，通过检测电路形成的检测装置检测到电荷量的变化，再通过转换电路将电荷量转换为电流信号输出。该薄膜电极的电容式压力传感器应用的碳化棉织物薄膜制备工艺简单、灵活性高、承受压力范围大、灵敏度高，且压力传感器适合低压下工作，具有较高的过载能力。

技术领域

本发明属于柔性电子技术领域，尤其涉及一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器的设计。

背景技术

柔性压力传感器作为可穿戴式柔性器件的重要组成部分，在实时健康监测、人体运动监测、人机交互和电子皮肤等领域得到了广泛的关注。

传统的压力传感平台是以金属和半导体为基础的，这些压力传感器的柔软性和灵活性已不能满足人们对压力传感器的要求。

近年来，多种新型材料被用作柔性压力传感器的传感材料，这些材料通常与柔性基体结合，所得到的的传感器具有优异的灵活性。然而，复杂的制备工艺和昂贵的原材料是这些压力传感器不可忽视的缺点，而且这些传感材料具有未知的毒性和对环境的不利影响，因此，我们迫切需要一种简单、经济、具有高机电性能、高生物相容性和环境友好性的柔性压力传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器，以解决上述背景技术中提出现有的制备工艺复杂、原材料昂贵的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器，用碳化棉织物作压力传感器的传感材料，制成一个碳化棉织物薄膜电极，当受到压力作用时，薄膜就会发生形变，从而产生位移，导致薄膜跟固定电极之间的电容量就会发生变化，检测装置检测到膜片中心产生的位移就能得出电容量的变化，通过转换电路将电容量变化，最终转变为一个电流信号输出。

进一步地，碳化棉织物薄膜电极由碳化棉织物复合溶液涂覆在固定电极上，并用热塑性聚氨酯薄膜热封形成。

进一步地，碳化棉织物复合溶液由以下方法制备得到：先将热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)在50℃磁场中搅拌8h，再在二甲基乙酰胺中溶解，然后将碳化棉织物(CCF)浸泡在TPU溶液中5分钟，取出放在80℃烤箱中干燥，上述过程重复三遍，以确保TPU是完全一致的涂层。

进一步地，碳化棉织物的制备方法如下：将棉织物(CF)依次用乙醇和去离子水清洗五次，再放在60℃烤箱中烘烤8小时，取出放在室温下自然冷却，再在氮气气氛下加热到800℃，保持一小时后取出放在室温下冷却，即可得到碳化棉织物。

进一步地，碳化棉织物薄膜电极与固定电极之间用硅油填充液填充使薄膜成球形，便于感知变形程度。

进一步地，检测装置可用橡胶膜片、波纹管膜片和弹簧片作测压元件，当薄膜感受到压力时，其膜片中心处就会产生一个位移，依据位移与电容的转换关系得出电容量的变化。

进一步地，转换电路可由相敏检波电路以及电压电流转换电路组成，将电容量的变化转换成4-20mA的标准电流信号，再通过放大电路放大输出即可。

与现有技术相比，本基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器的有益效果是：

1、该传感器中应用的碳化棉织物薄膜制备工艺简单、灵活性高、承受压力范围大、灵敏度高；

2、该压力传感器具有高机电性能、高生物相容性和环境友好性；

3、该压力传感器适合低压下工作，有较高的过载能力。

附图说明

图1是本发明一种基于碳化棉织物薄膜电极的电容式压力传感器的流程图。