[发明专利]一种基于折纸结构的曲率传感器

说明书

本发明提供了一种基于折纸结构的曲率传感器，该曲率传感器包括柔性基板(1)、金属极板(2)、第一固支梁锚区(31)、第二固支梁锚区(32)、具有折叠薄膜结构的双端固支梁(4)，第一折叠薄膜结构(52)、第二折叠薄膜结构(53)、第三折叠薄膜结构(51)、第四折叠薄膜结构(54)、平面电感(6)；当柔性基板贴合在一个凹陷曲率的表面上时，该结构由于采用了基于折纸原理的折叠薄膜结构，使得双端固支梁折叠形成了一个向下凸出的立体结构，增大了双端固支梁与金属极板之间的电容变化量，因此该曲率传感器具有灵敏度高、测量误差小、工艺兼容、结构新颖等优势。

技术领域

本发明是一种基于折纸结构的曲率传感器，属于微电子器件技术领域。

背景技术

目前对于曲率的测量，主要有三种方法，一种是利用材料伸长或压缩过程中的薄膜材料阻值的变化来测量弯曲的程度，器件稳定性差，且成本较大；第二种是利用测量光纤弯曲后的光强变化来测量弯曲的程度，设备比较复杂，且不易携带，而且造价太高；第三种是基于弯曲过程中电容的变化来测量弯曲的程度，该类器件的灵敏度比较低。近年来，随着科学技术的不断发展，研究具有高灵敏度、低成本、高可靠性的曲率传感器成为发展趋势，在柔性可穿戴器件迅速发展的今天，对曲率传感器的进一步研究与开发是十分必要的。

发明内容

技术问题；针对上述问题，本发明提供了一种基于折纸结构的曲率传感器，利用基于折纸原理的折叠薄膜结构，将双端固支梁折叠形成一个向下凸出的立体结构，使得双端固支梁与金属极板之间的电容变化增大，并通过双端固支梁与金属极板之间的电容与平面电感构成的LC谐振回路，利用互感耦合的方式非接触读取谐振频率，从而实现对曲率的高灵敏度无源无线检测。同时，该曲率传感器采用柔性材料工艺制造，其成本低廉，所以可以实现柔性低成本折纸结构的曲率传感器，并解决在材料、工艺、可靠性和可重复性等诸多方面的问题，从而为实现基于柔性基板折纸结构的曲率传感器在曲率测量领域的产业化应用提供了支持和保证。

技术方案:为达到上述目的，本发明的基于折纸结构的曲率传感器技术方案如下：

该曲率传感器包括柔性基板、金属极板、第一固支梁锚区、第二固支梁锚区、具有折叠薄膜结构的双端固支梁，第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构、第三折叠薄膜结构、第四折叠薄膜结构、平面电感；所述第一固支梁锚区、第二固支梁锚区放置于柔性基板上构成双端固支梁锚区，并在双端固支梁锚区上设置具有折叠薄膜结构的双端固支梁，金属极板放置于双端固支梁中心位置下方的柔性基板上，双端固支梁的第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构和第三折叠薄膜结构、第四折叠薄膜结构分别对称分布于双端固支梁上，第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构位于金属极板两侧边沿位置对应的双端固支梁上，且位于双端固支梁的下表面，第三折叠薄膜结构、第四折叠薄膜结构位于第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构外侧的双端固支梁的上表面靠近第一固支梁锚区、第二固支梁锚区位置，平面电感置于柔性基板上一端与金属极板相连，另一端与双端固支梁锚区相连。

所述柔性基板采用的材料为涤纶树脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度为100-200μm。

所述金属极板采用的材料为金，形状为长度为200μm，宽度为100μm，厚度为10μm的矩形块。

所述第一固支梁锚区、第二固支梁锚区采用的材料为金，形状均为长度为100μm，宽度为30μm，厚度为60μm的矩形块。

所述固支梁位于金属极板的上方，采用的材料为金，形状为长度为600μm，宽度为100μm，厚度为10μm的矩形块，其上具有四条横向的通槽。

所述第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构、第三折叠薄膜结构、第四折叠薄膜结构为四条设置在双端固支梁上的横向的通槽，其中第一折叠薄膜结构、第二折叠薄膜结构对称分布于双端固支梁中心两侧的下表面，第三折叠薄膜结构、第四折叠薄膜结构对称分布于双端固支梁中心两侧的上表面，通槽的宽度均为20μm，厚度为5μm。