[发明专利]一种感应式柔性角度传感薄膜

说明书

本发明提供一种感应式柔性角度传感薄膜，所述传感薄膜由2片分体式独立薄膜组成，所述独立薄膜为柔性线圈薄膜和感应目标，所述柔性线圈薄膜包括导电的柔性电感线圈；所述感应目标为柔性的铁磁性薄膜或导电薄膜；所述柔性线圈薄膜和感应目标均设置在被测结构表面上，所述柔性线圈薄膜的柔性线圈连接电感测量模块。本发明实现了精确测量柔性线圈与感应目标空间夹角变化。其采用分体式结构，解决传统应变式传感器干扰被测物体运动的问题。

技术领域

本发明属于电感传感器设计领域，尤其涉及一种感应式柔性角度传感薄膜。

背景技术

传统的角度测量手段主要有光电编码测量、磁阻式测量、应变式传感器测量等方法。光电编码测量依赖于光电编码器实现，价格昂贵，对使用环境和安装精度要求高，多用于机械旋转轴角度测量。磁阻式角度测量利用磁场变化来测量角度变化，研究多，技术成熟。中国发明专利CN104655004B提出了一种同轴磁场角度传感器，包括可旋转轴、端部分、传感器管芯、至少三个磁场传感器元件、磁场源、电路等；通过傅里叶变换等数据处理手段，分析磁场梯度变化，可以用来感测轴或者其他物体的旋转角度；其结构复杂，体积庞大，数据处理难度高，不适合柔性可穿戴角度传感。

基于应变的角度测量方法近年来被广泛研究。其中，电阻式柔性应变传感器最为常见，根据电阻体相对于应变的电阻变化检测应变。中国发明专利CN103959029B提出了一种用于测量运动和接触的弹性应变和压强的传感器及相关的设备和系统；该传感器是具有两个以上通道的弹性应变传感器，通道内部是导电液态金属，施加应变时液态金属截面积发生改变，应变确定为通过导电液测得的电阻函数，确定第一被测物相对于第二被测物的角度；该传感器可以用来测量肢体夹角变化，具有较好的精度和灵敏度。但是，该方法对于传感器的安装方法和安装位置具有较高的要求，并且传感器会对肢体运动产生干涉，限制其广泛应用。同时，电阻式应变传感器还存在回程迟滞明显，温度影响大、发热等缺点。

综上所述，在柔性可穿戴高灵敏度传感技术中，有必要提供一种无滞后、高灵敏度、对局部突变不敏感、不影响被测对象动作，且制造工艺简单、成本低廉、结构简单、安装方便、易于集成、多用途柔性可穿戴传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种感应式柔性角度传感薄膜，该传感薄膜不仅无滞后、灵敏度高、对局部突变不敏感、不阻碍被测对象动作，且具有制造工艺简单、工艺成熟、成本低廉、结构简单、安装方便、易于集成、柔软轻薄等特点。具体而言，本发明针对的是用于可折叠设备、可穿戴系统、以及折纸机器人等角度测量的高精度传感器，所述传感器对空间相交平面区域的角度进行测量。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种感应式柔性角度传感薄膜，所述传感薄膜由2片分体式独立薄膜组成，所述独立薄膜为柔性线圈薄膜和感应目标，所述柔性线圈薄膜包括导电的柔性线圈；所述感应目标为柔性的铁磁性薄膜或导电薄膜；所述柔性线圈薄膜和感应目标均设置在被测结构表面上，所述柔性线圈薄膜的柔性线圈连接电感测量模块。

进一步地，所述的柔性线圈薄膜的柔性线圈为导电的固态金属电感线圈或导电的液态金属电感线圈，或者直接嵌入到织物上的平面或曲面线圈。

进一步地，所述的导电的固态金属为铜、铝或其他导电金属合金，所述的导电的液态导电金属为共晶镓-铟合金或其他液态金属。

进一步地，所述的柔性线圈薄膜的形状为长方形、正方形、圆形、或其它二维形状。

进一步地，所述的柔性线圈薄膜为一层或多层。

进一步地，所述感应目标直接附着或者嵌入被测结构表面作为感应目标，或直接使用被测结构表面作为感应目标。

进一步地，所述感应目标为铁磁性薄膜或导电薄膜。

进一步地，所述铁磁性薄膜为铁磁性材料构成的薄膜，所述导电薄膜为铜、铝、金、银等金属单质和合金薄膜或者导电织布等导电复合材料。