[发明专利]一种屏蔽拉伸和弯曲干扰的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明属于柔性传感器相关技术领域，并公开了一种屏蔽拉伸和弯曲干扰的柔性压力传感器及其制备方法。该柔性压力传感器包括上电极和下电极，其中：上电极和下电极相对设置，上电极与下电极相对的面上涂覆有介电层，下电极与上电极相对的面上设置有多个凸峰，下电极和上电极通过凸峰与介电层粘接；在上电极上与凸峰之间的间隙相对应的位置处设置有褶皱，该褶皱降低拉伸或弯曲时上电极和下电极之间的挤压趋势，从而降低拉伸或弯曲对上电极和下电极形成的电容的影响，排除拉伸或弯曲对柔性压力传感器干扰。本发明解决压力感知过程中三维空间内的拉伸或弯曲对测量结果的干扰问题，实现多次装拆不影响传感器的压力测量功能。

技术领域

本发明属于柔性传感器相关技术领域，更具体地，涉及一种屏蔽拉伸和弯曲干扰的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

随着智慧医疗、人机交互、智能机器人感知等领域的研究和快速发展，传感器的需求越来越多样化，压力测量是上述领域所需数据来源的重要途径。柔性压力传感器相比传统压力传感器，有便于穿戴，具有一定的拉伸、弯曲能力，能和人体皮肤等生物组织或复杂机器人表面具有良好的共形能力和适应性等优点，其研究具有重要意义。

现阶段柔性压力传感器通常有电容、电阻、压电等形式，传感器本体通常由柔性导电材料和柔性基体等组成。但是，传感器对压力目标信息的测量往往会受到装拆时的初始拉伸、运动测量过程中的动态拉伸及弯曲等影响，目前的柔性压力传感器研究中通常只通过每次安装时重新标定、提升线性度等方法解决安装时初始拉伸带来的问题，且对于上其他因素的影响也有没有较好的解耦合方案。

专利CN110017937A等专利中的压力传感器中也设置有凸峰结构，但是上述专利中的凸峰结构仅仅是为了提高压力传感器在感知到压力时的灵敏度，其对于压力传感器在测量过程中受到拉伸或者弯曲时对测量带来的影响并没有办法减弱或者避免，因此，本发明提供一种压力传感器在测量过程中能结构拉伸和弯曲对测量过程的干扰。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种屏蔽拉伸和弯曲干扰的柔性压力传感器及其制备方法，解决压力传感器测量过程中拉伸或弯曲对测量过程的干扰。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种屏蔽拉伸和弯曲干扰的柔性压力传感器，该柔性压力传感器包括上电极和下电极，其中：

所述上电极和下电极相对设置，所述上电极与所述下电极相对的面上涂覆有介电层，所述下电极与所述上电极相对的面上设置有多个凸峰，所述下电极和上电极通过所述凸峰与介电层粘接；在所述上电极上与所述凸峰之间的间隙相对应的位置处设置有褶皱，该褶皱在所述柔性压力传感器受到拉伸或弯曲时被舒展，让上电极和下电极之间不会因受拉伸或弯曲时横截面减小而产生挤压，降低拉伸或弯曲对上电极和下电极形成的电容的影响，实现拉伸或弯曲干扰的屏蔽。

进一步优选地，所述凸峰的高度为0.1～1mm，凸峰之间的间距为0.1～1mm。

进一步优选地，所述凸峰呈阵列均匀分布在所述下电极上。

进一步优选地，所述褶皱的厚度为0.02mm～0.5mm。

进一步优选地，所述上电极和下电极的材料为单壁/多壁碳纳米管、金属纳米线、石墨烯、导电炭黑和离子凝胶中的一种或多种组合与Ecoflex、PDMS或PU所构成的复合材料，所述介电层的材料为Ecoflex、PDMS或PU。

进一步优选地，所述介电层的厚度为0.01mm～0.4mm。

进一步优选地，所述上电极和下电极上均设置有导线，用于将所述柔性压力传感器产生的电信号传递出去；导线焊接在铜箔上，通过提高导线与柔性电极的接触面积来增强电路连接的稳定性。

按照本发明的另一个方面，提供了一种上述所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：