CN102410895B - 一种织物型压力传感器的制造方法以及制造工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及织物型压力传感器的制造方法，包括步骤：将传感织物裁剪成预定的尺寸，通过缝纫的方法连接柔性导电线与传感织物的导线；通过夹持定位器在预定的张力下固定传感织物；通过下转换层定位盒粘合下转换层和传感织物；通过上转换层定位盒粘合调节柱和传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和调节柱。本发明还涉及用于制造织物型压力传感器的专用工具：电学性能测量仪、导线连接工具以及传感器结构部件组合工具。采用本发明的织物型压力传感器的制造方法以及制造织物型压力传感器的专用工具，不仅可以实现简单方便的制造织物型压力传感器，而且可以监控制造质量，提高了柔性类织物型压力传感器的制造精度和成品率。

Description

一种织物型压力传感器的制造方法以及制造工具

技术领域

本发明涉及传感器制造领域，更具体地说，涉及一种织物型压力传感器的制造方法及其制造工具。

背景技术

压力传感器在工业和个人使用方面都有着广泛的应用空间，但是大多数的压力传感器由于体积大、重量重、触感硬以及使用不方便等缺陷导致其不适合使用者穿戴使用。因此限制了压力传感器在个人使用方面的应用，如运动服装、智能服装以及鞋类等与人体紧密接触场合的压力测量。织物型压力传感器是一种新型压力传感器，由于其主要由电阻型织物传感元件和柔性结构材料组成，因此其具有触感柔软、轻巧、使用寿命长、适用于三维和大面积测量等特点。织物压力传感器及其产品在服装和鞋、保健康复和临床医学、体育健身运动、安全和防护、汽车、宇航和建筑等领域有广泛的应用。

图1和图2是两种织物型压力传感器的示意图。织物压力传感器采用三明治结构，它包括中间的电阻型织物传感元件1-1、上部的硅胶基2-1或硅胶-织物复合基（硅胶2-2，织物2-3）的上转换层、下部的硅胶基3-1或硅胶-织物复合基（硅胶3-2，织物3-3）的下转换层、调节柱4-1和传感织物连接导线5-1。其中上、下转换层将感受到的外部压力转换成中间传感织物的变形，从而引起传感织物电阻的变化并输出。上、下转换层中部的轮廓可按应用要求采用图示的齿状或其他形状。用作调节柱4-1的材料的刚度可以调节，以适应不同的测量要求。图1中的织物压力传感器采用硅胶基上、下转换层，而图2中的织物压力传感器采用硅胶-织物复合基转换层。

与传统的硅基和薄膜型压力传感器不同，织物型压力传感器由柔性材料组成，它们在制造过程中，容易变形，因此需要发明和建立相应的柔性压力传感器的制造方法、设备和制造工具。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的织物型压力传感器的制造困难以及没有相应的专门的制造工具，提供一种能够简单而且控制加工质量和成品率的制造上述织物型压力传感器的制造方法以及相应的制造工具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种织物型压力传感器的制造方法，其中包括步骤：

S1、将传感织物裁剪成预定的尺寸,通过缝纫的方法连接柔性导电线与所述传感织物的导线；

S2、通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物；

S3、通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物；

S4、通过上转换层定位盒粘合调节柱和所述传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和所述调节柱。

在本发明所述的织物型压力传感器的制造方法中，在步骤S1和步骤S2之间包括步骤：

S11、采用电学性能测量仪测量所述传感织物的导电率和灵敏度；

S12、采用导线连接工具连接所述传感织物和导线；

S13、采用电阻仪根据所述传感织物的导电率和灵敏度判断所述传感织物和所述导线之间的连接质量。

在本发明所述的织物型压力传感器的制造方法中，步骤S4之后还包括步骤：

S5、通过定位粘合重量板对粘合区域施加压力。

本发明还构造一种用于测量传感织物电学性能的电学性能测量仪，其中所述电学性能测量仪包括接触所述传感织物两端的可调节的测试电极、读取所述传感织物阻值的电阻仪以及固定所述传感织物并对所述传感织物两端施加拉力和预定应变的试样台和夹持器。

在本发明所述的电学性能测量仪中，还包括对所述测试电极施加改变所述测试电极和所述传感织物之间接触压力的调节块。

本发明还构造一种用于连接传感织物和导线的导线连接工具，其中所述导线连接工具包括位于所述导线连接工具中间的导线距离控制孔以及固定所述传感织物并用于缝纫连接所述传感织物和所述导线的固定平台。

在本发明所述的导线连接工具中，所述固定平台表面还包括指示所述导线位置的导线指示线。

本发明还构造一种用于组装织物型压力传感器的传感器结构部件组合工具，其中所述传感器结构部件组合工具包括：在预定的张力下固定所述传感织物的夹持定位器，粘合下转换层和所述传感织物的下转换层定位盒以及粘合调节柱和所述传感织物、粘合上转换层和所述调节柱的上转换层定位盒。

在本发明所述的传感器结构部件组合工具中，所述传感器结构部件组合工具还包括对所述下转换层、所述传感织物、所述调节柱以及所述上转换层之间的粘合区域施加压力的定位粘合重量板。

在本发明所述的传感器结构部件组合工具中，所述定位粘合重量板包括对选定区域施加压力的凸头。

实施本发明的织物型压力传感器的制造方法，具有以下有益效果：由于采用本发明的制造方法制造织物型压力传感器，使得可以简单方便的制造织物型压力传感器，而且可以监控制造质量，提高了柔性类织物型压力传感器的制造精度和成品率。

制造前测量传感织物的导电率和灵敏度可以更好地控制压力传感器的质量并可按压力传感器的使用要求选择合适的传感织物。电学性能测量仪可以对不同长度的传感织物进行电阻和张力应变关系的测量。调节块的设置可以对传感织物进行不同接触压力下应变和电阻关系的测量，计算出传感织物的灵敏度。导线连接工具可以很好地控制传感织物待测两端的距离，并保证传感织物待测两端的距离统一。导线指示线提高连接加工过程中导线的平行度和间距的精度，从而提高连接质量和一致性。传感器结构部件组合工具可以保证传感织物在规定的预张力下按规定位置固定放置于压力传感器中，并使得织物型压力传感器的各层可以很好的连接并准确定位。凸头的设置可对粘合区准确定位，施加定位压力。通过定位粘合重量板施压使得上转换层、传感织物、下转换层之间的连接更加牢固，不会产生错位移动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一种织物型压力传感器的结构示意图；

图2是另一种织物型压力传感器的结构示意图；

图3是本发明织物型压力传感器的制造方法的第一优选实施例的流程图；

图4是本发明织物型压力传感器的制造方法的第二优选实施例的流程图；

图5是本发明织物型压力传感器的制造方法的第三优选实施例的流程图；

图6是本发明电学性能测量仪的优选实施例的结构示意图；

图7是本发明导线连接工具的优选实施例的结构示意图；

图8是本发明传感器结构部件组合工具的优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示，在本发明织物型压力传感器的制造方法的第一优选实施例的流程图中，所述织物型压力传感器的制造方法开始于步骤300，步骤300之后进行到步骤301，将传感织物裁剪成预定的尺寸，并通过缝纫的方法连接柔性导电线与传感织物的导线。随后，到下一步骤302，通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物。随后，到下一步骤303，通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物。随后，到下一步骤304，通过上转换层定位盒粘合调节柱和所述传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和所述调节柱。最后该方法结束于步骤305。由于采用本发明的制造方法制造织物型压力传感器，使得可以简单方便的制造织物型压力传感器。

如图4所示，在本发明织物型压力传感器的制造方法的第二优选实施例的流程图中，所述织物型压力传感器的制造方法开始于步骤400，步骤400之后进行到步骤401，将传感织物裁剪成预定的尺寸，并通过缝纫的方法连接柔性导电线与传感织物的导线。随后，到下一步骤402，采用电学性能测量仪测量所述传感织物的导电率和灵敏度。随后，到下一步骤403，采用导线连接工具和缝纫的方法连接所述传感织物和导线。随后，到下一步骤404，采用电阻仪根据传感织物的导电率和灵敏度判断传感织物和导线之间的连接质量。随后，到下一步骤405，通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物。随后，到下一步骤406，通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物。随后，到下一步骤407，通过上转换层定位盒粘合调节柱和传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和调节柱。最后该方法结束于步骤408。由于采用本发明的制造方法制造织物型压力传感器，使得可以简单方便的制造织物型压力传感器。制造前测量传感织物的导电率和灵敏度使得传感织物可以更好的与上转换层、下转换层连接，并保证与导线的良好接触。

如图5所示，在本发明织物型压力传感器的制造方法的第三优选实施例的流程图中，所述织物型压力传感器的制造方法开始于步骤500，步骤500之后进行到步骤501，将传感织物裁剪成预定的尺寸，并通过缝纫的方法连接柔性导电线与传感织物的导线。随后，到下一步骤502，采用电学性能测量仪测量所述传感织物的导电率和灵敏度。随后，到下一步骤503，采用导线连接工具和缝纫的方法连接所述传感织物和导线。随后，到下一步骤504，采用电阻仪根据传感织物的导电率和灵敏度判断传感织物和导线之间的连接质量。随后，到下一步骤505，通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物。随后，到下一步骤506，通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物。随后，到下一步骤507，通过上转换层定位盒粘合调节柱和传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和调节柱。随后，到下一步骤508，通过定位粘合重量板对粘合区域施加压力，最后该方法结束于步骤509。通过定位粘合重量板施压使得上转换层、传感织物、下转换层之间的连接更加牢固，不会产生错位移动。

如图6所示，在本发明的电学性能测量仪的优选实施例的结构示意图中，所述电学性能测量仪包括电阻仪12、试样台13和测试电极11。测试电极11用于接触所述传感织物两端，电阻仪12用于读取传感织物阻值，试样台13用于固定传感织物并对传感织物两端施加拉力。测试时，将待测的电阻型传感织物试样15平放于试样台上，并在织物两端施加拉力，以达到设定的织物应变，并由试样台上的标尺读出。通过调节织物两端的拉力，可调整施加的织物应变。随后，用两端的夹持器17将织物夹持住。将测试电极11置于传感织物导电层16上进行织物电阻的测试。测试电极11的间距可以调节，可测试不同试样长度的电阻。测试电极11与传感织物导电层16之间的接触压力可通过调整电极上部施加的压力的调节块14加以调节。传感织物的电阻由电阻仪12读出。同时，根据织物试样15的电阻变化率和应变量可计算出传感织物的灵敏度系数。计算公式为：

K=(ΔR/R₀)/ε         (1)

式中：K是传感织物的灵敏度系数,R₀是传感织物的初始电阻,ΔR是传感织物的电阻变化量,ε是对传感织物施加的应变。电学性能测量仪可以对不同长度的传感织物进行电阻和张力应变关系的测量；调节块14的设置可以对传感织物进行不同接触压力下应变和电阻关系的测量，计算出传感织物的灵敏度。

如图7所示，在本发明导线连接工具的优选实施例的结构示意图中，所述导线连接工具包括导线距离控制孔21、固定平台22以及导线指示线23。导线距离控制孔21位于所述导线连接工具中间，用来控制导线之间的距离，固定平台22固定传感织物并用于缝纫连接传感织物和导线，导线指示线23位于固定平台22表面，用于指示导线的位置。导线连接时，首先将传感织物在一定的预张力下平整地放置在固定平台22上，横跨过导线距离控制孔21并将织物两端固定于固定平台22上，这样可使得织物在与导线的缝纫连接过程中不易变形并保持试样的一致性。导线指示线23可帮助织物放置时，织物导电条与导线互相垂直，并确定导线在传感织物上的连接位置。导线指示线23也可提高连接加工过程中两根连接导线的平行度和间距的精度，从而提高连接质量和一致性。采用缝纫的方法实现柔性导电线与传感织物的导线连接。该方法连接可靠，而且不会影响传感织物本身的柔性。

如图8所述，在本发明传感器结构部件组合工具的优选实施例的结构示意图中，所述传感器结构部件组合工具包括夹持定位器31、下转换定位盒32、上转换定位盒33以及定位粘合重量板34。夹持定位器31用于在预定的张力下固定所述传感织物，下转换定位盒32用于粘合下转换层和所述传感织物，上转换定位盒33用于粘合调节柱和所述传感织物、粘合上转换层和所述调节柱，定位粘合重量板34用于对所述下转换层、所述传感织物、所述调节柱以及所述上转换层之间的粘合区域施加压力保证它们之间的牢固连接。在压力传感器组合加工时，将传感织物35在规定的预张力下按规定位置固定放置于夹持定位器31上。并用布夹将传感织物两端夹持住。连接线定位槽37用于传感织物放置于夹持定位器31固定时传感织物连接导线的定位。同时，将下转移层放于传感器结构部件组合工具下转移层定位盒32中，并在下转移层与传感织物连接粘合的两端涂上适量的粘合剂。然后，将夹持定位器31和下转移层定位盒32镶嵌组合，使得传感织物35位于下转移层上面，并定位准确。将上转移层定位盒33放置于下转移定位盒32和传感织物35之上，并准确定位。在调节柱和上转移层的粘合区涂上适量粘合剂，按先后放入上转移层定位盒的放入槽孔中。然后，将定位粘合重量板34放置于上转移层定位盒之上，对上、下转移层、传感织物和调节柱各粘合区施加定位压力，使之粘合。上、下转移层定位盒和定位粘合重量板34上定位孔36、38和39用于传感器结构部件组合工具中各部件组合时的准确定位。通过以上工具和加工步骤，完成织物压力传感器的制作。传感器结构部件组合工具使得织物型压力传感器的各层可以很好的连接。

如图8所示，作为本发明传感器结构部件组合工具的优选实施例，定位粘合重量板34包括对选定区域施加压力的凸头341。将定位粘合重量板34放置于上转移层定位盒之上时，通过定位粘合重量板34上的凸头341，对上、下转移层、传感织物和调节柱各粘合区施加定位压力，使之粘合。凸头341的设置可对粘合区准确定位，施加定位压力。

下面结合一个具体实施例说明织物型压力传感器制造的整个过程。

1）电阻型传感织物的制作；

2）采用本发明的电学性能测量仪测试和评价传感织物的导电率和灵敏度；

3）将传感织物裁剪成规定的尺寸；

4）用本发明的导线连接工具并通过缝纫的方法进行传感织物导线的连接加工；

5）采用电阻仪进行传感织物连接质量的评价；

6）压力传感器上、下转移层和调节柱的制作和外观质量评价；

7）将传感织物在规定的预张力下固定放置在传感器结构部件组合工具的夹持定位器31上；

8）将传感器下转移层放入传感器结构部件组合工具下转移层定位盒32中，并在下转移层两端涂上粘合剂；

9）将夹持定位器31与下转移层定位盒32镶嵌放置；

10）将传感器结构部件组合工具中的上转移层定位盒33放置于下转移层定位盒32和传感织物上，在调节柱和上转移层的粘合区涂上粘合剂，并按先后放入下转移层定位盒32；

11)采用定位粘合重量板34对传感织物与下转移层、调节柱，调节柱和上转移层的粘合区施加压力，使之粘合；

12)完成织物压力传感器的制作并进行性能评价。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种织物型压力传感器的制造方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将传感织物裁剪成预定的尺寸,通过缝纫的方法连接柔性导电线与所述传感织物的导线；

S2、通过夹持定位器在预定的张力下固定所述传感织物；

S3、通过下转换层定位盒粘合下转换层和所述传感织物；

S4、通过上转换层定位盒粘合调节柱和所述传感织物，通过上转换层定位盒粘合上转换层和所述调节柱。

2.根据权利要求1所述的织物型压力传感器的制造方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2之间包括步骤：

S11、采用电学性能测量仪测量所述传感织物的导电率和灵敏度；

S12、采用导线连接工具连接所述传感织物和导线；

S13、采用电阻仪根据所述传感织物的导电率和灵敏度判断所述传感织物和所述导线之间的连接质量。

3.根据权利要求1所述的织物型压力传感器的制造方法，其特征在于，步骤S4之后还包括步骤：

S5、通过定位粘合重量板对粘合区域施加压力。

4.一种用于测量传感织物电学性能的电学性能测量仪，其特征在于，所述电学性能测量仪包括接触所述传感织物两端的可调节的测试电极（11）、读取所述传感织物阻值的电阻仪（12）以及固定所述传感织物并对所述传感织物两端施加拉力和预定应变的试样台（13）和夹持器（17），所述电学性能测量仪还包括对所述测试电极（11）施加改变所述测试电极（11）和所述传感织物之间接触压力的调节块（14）。

5.一种用于连接传感织物和导线的导线连接工具，其特征在于，所述导线连接工具包括位于所述导线连接工具中间的导线距离控制孔（21）以及固定所述传感织物并用于缝纫连接所述传感织物和所述导线的固定平台（22）。

6.根据权利要求5所述的导线连接工具，其特征在于，所述固定平台（22）表面还包括指示所述导线位置的导线指示线（23）。

7.一种用于组装织物型压力传感器的传感器结构部件组合工具，其特征在于，所述传感器结构部件组合工具包括：在预定的张力下固定所述传感织物的夹持定位器(31)，粘合下转换层和所述传感织物的下转换层定位盒(32)以及粘合调节柱和所述传感织物、粘合上转换层和所述调节柱的上转换层定位盒(33)。

8.根据权利要求7所述的传感器结构部件组合工具，其特征在于，所述传感器结构部件组合工具还包括对所述下转换层、所述传感织物、所述调节柱以及所述上转换层之间的粘合区域施加压力的定位粘合重量板(34)。

9.根据权利要求8所述的传感器结构部件组合工具，其特征在于，所述定位粘合重量板(34)包括对选定区域施加压力的凸头(341)。