CN103515525A - 一种柔性贴片传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种柔性贴片传感器，包括：压电材料层，其发生压电效果；第一电极层，其邻接所述压电材料层的上部形成；第二电极层，其邻接所述压电材料层的下部形成；第一电介质粘合剂层，其在所述第一电极层的上部形成；第二电介质粘合剂层，其在所述第二电极层的下部形成；第一聚酰亚胺薄膜层，其在所述第一电介质粘合剂层的上部形成；第二聚酰亚胺薄膜层，其在所述第二电介质粘合剂层的下部形成；所述压电材料层相互隔离地水平排列有由压电纤维复合材料构成的多个压电长板；所述压电长板之间的间隙用环氧树脂填充。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种柔性贴片传感器。
背景技术
以往的压电元件由坚硬的物质制造，难以利用粘合剂等简单、坚固地、扁平地附着于例如风力发电机用叶片、直升机旋翼桨叶片的宽而平坦但却高速旋转的结构物使用，另外，由于不具有柔性，存在全部面难以附着于具有三维曲率的结构物加以使用的问题。
另外，由于不柔韧的关系，传感器的全部面无法贴紧结构物，存在的问题是变形的精密测量功能、声波或超声波波段振动发生及通过接收反射波而感知结构物缺陷的功能，以及利用振动及压力获得电能的功能下降。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种柔性贴片传感器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种柔性贴片传感器，包括：
压电材料层10，其发生压电效果；
第一电极层20，其邻接所述压电材料层10的上部形成；
第二电极层30，其邻接所述压电材料层10的下部形成；
第一电介质粘合剂层40，其在所述第一电极层20的上部形成；
第二电介质粘合剂层50，其在所述第二电极层30的下部形成；
第一聚酰亚胺薄膜层60，其在所述第一电介质粘合剂层40的上部形成；
第二聚酰亚胺薄膜层70，其在所述第二电介质粘合剂层50的下部形成；
所述压电材料层10相互隔离地水平排列有由压电纤维复合材料构成的多个压电长板；
所述压电长板之间的间隙用环氧树脂填充。
可选地，所述柔性贴片传感器用作超声波纵波振荡用，振荡频率为1～10KHz。
可选地，所述第一电极层20交替水平排列有一种极性的第一电极条21a与另一种极性的第一电极条21b；
所述第二电极层30也以与所述第一电极层20相应的形状，交替水平排列有一种极性的第二电极条31a与另一种极性的第二电极条31b；
由多个压电长板构成的所述压电材料层10的排列方向与由多个第一电极条21、第二电极条31构成的第一电极层20及第二电极层30的排列方向相互垂直交叉；第一电极层20与第二电极层30的排列方向相互平行。
可选地，所述柔性贴片传感器用作超声波横波振荡用；振荡频率为1～10KHz。
可选地，所述第一电极层20包括多个极性相互相同的第一电极条21；
所述第二电极层30包括多个极性相互相同的第二电极条31，第二电极条31与所述第一电极条21的极性相反；
由多个压电长板构成的所述压电材料层10的排列方向与由多个第一电极条21、第二电极条31构成的第一电极层20及第二电极层30的排列方向相互垂直交叉；第一电极层20与第二电极层30的排列方向相互平行。
可选地，所述压电材料层10的第一厚度为150～200μm；
所述第一电极条21、第二电极条31的隔离距离为50～300μm；
所述第一电极条21、第二电极条31的宽度为10～100μm。
可选地，与电极条平行的方向的所述压电材料层10的纵边长度为0.5～3cm；
与电极条垂直的方向的所述压电材料层10的横边长度为3～10cm。
本发明的有益效果是：
（1）传感器呈四边形，构成扁平而柔韧，能够利用粘合剂等，坚固地、扁平地附着于诸如风力发电机叶片、直升机螺旋桨叶片的宽而平坦但却高速旋转的结构物等使用，另外，由于柔韧，全部面能够贴紧附着于具有三维曲率的结构物使用；
（2）柔韧且压电反应优秀，传感器的全部面贴紧结构物，变形的精密测量功能、声波或超声波波段振动发生及通过接收反射波而感知结构物缺陷的功能，以及利用振动或压力获得电能的性能优秀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1（a）和图1（b）是本发明一个实施例的柔性贴片传感器整体构成图；
图2（a）和图2（b）是本发明一个实施例的柔性贴片传感器细部构成图；
图3是本发明一个实施例的柔性贴片传感器电极部细部构成图；
符号说明：10：压电材料层；20：第一电极层；30：第二电极层；40：第一电介质粘合剂层；50：第二电介质粘合剂层；60：第一聚酰亚胺薄膜层；70：第二聚酰亚胺薄膜层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参照附图，对本发明一个实施例的柔性贴片传感器进行详细说明。
如图1至图3所示，本发明一个实施例的柔性贴片传感器包括：压电材料层10，其发生压电效果；第一电极层20，其邻接压电材料层10的上部形成；第二电极层30，其邻接压电材料层10的下部形成；第一电介质粘合剂层40，其在第一电极层20的上部形成；第二电介质粘合剂层50，其在第二电极层30的下部形成；第一聚酰亚胺（Polyimide）薄膜层60，其在第一电介质粘合剂层40的上部形成；第二聚酰亚胺（Polyimide）薄膜层70，其在第二电介质粘合剂层50的下部形成。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，压电材料层10相互隔离地水平排列有由PZT（Lead Zirconate Titanate，锆钛酸铅）压电纤维复合材料构成的多个压电长板；所述压电长板之间的间隙用环氧树脂填充。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，优选用作超声波（Ultra Sonic Acoustic）纵波（Longitudinal Wave）振荡用，振荡频率为1～10KHz。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，由多个压电长板构成的所述压电材料层10的排列方向与由多个第一电极条21、第二电极条31构成的第一电极层20及第二电极层30的排列方向相互垂直交叉；第一电极层20与第二电极层30的排列方向相互平行。优选第一电极层20交替水平排列有一种极性的第一电极条21a与另一种极性的第一电极条21b；第二电极层30也以与所述第一电极层20相应的形状，交替水平排列有一种极性的第二电极条31a与另一种极性的第二电极条31b。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，优选用作超声波横波振荡用，振荡频率为1～10KHz。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，由多个压电长板构成的所述压电材料层10的排列方向与由多个第一电极条21、第二电极条31构成的第一电极层20及第二电极层30的排列方向相互垂直交叉；第一电极层20与第二电极层30的排列方向相互平行。优选构成所述第一电极层20的第一电极条21的极性相互相同；构成所述第二电极层30的第二电极条31的极性相互相同，与所述第一电极条21的极性相反。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，优选压电材料层10的第一厚度（t1）为150～200μm，第一电极条21、第二电极条31的隔离距离（W1）为50～300μm，第一电极条21、第二电极条31的宽度（t2）为10～100μm。
如图1至图3所示，就发明一个实施例的柔性贴片传感器而言，优选与电极条平行的方向的所述压电材料层10的纵边长度（L1）为0.5～3cm，与电极条垂直的方向的所述压电材料层10的横边长度（L2）为3～10cm。
在本发明中，锆钛酸铅（PZT，Lead Zirconate Titanate）是代表性的压电、热释电陶瓷，诸如点火器、电视接收机、无线电收发机等，在日常生活中广泛使用，具有诸如作为铁电体的BaTiO3（钛酸钡）的钙钛矿型结晶结构，作为反铁电体的PbZrO3与PbTiO3固溶，成为混晶铁电体。在该二元成份中，在Ti/Zr=53/47下，存在准同型相界（MPB），在PbTiO3侧呈正方晶体结构，在PbZrO3侧呈菱面体晶体结构，MPB附近的组成表现出较大压电性，因而取成份元素的首写字母，称为PZT。在该PbTiO3-PbZrO3中再次添加诸如Pb(Mn1/2Nb2/3)O3的第三成份，在并非点而是表现为线的MPB周边，表现出优秀的压电性，根据使用目的，可以控制压电特性、共振频率的温度特性等多种常数，正在探讨广泛的添加物，包括这些在内，一般总称为PZT。就PZT的组成而言，准确地控制MPB附近在特征上极为重要。而且，添加La的PLZT具有透光性，作为能够以电气方式控制光学性质的陶瓷而受到瞩目。作为压电点火元件，用于煤气灶、打火机等的点火器，作为振子，用于超声波清洗器。而且，也用作鱼群探测仪和超声波显微镜的检测仪。作为陶瓷滤波器的用途，用于通信设备、FM、TV用等。作为热释电的使用示例，有微波炉的红外线温度传感器。PLZT：是用La替换PZT的一部分，表现为Pb1-xLax(ZryTiz)1-x/4O3的化合物。对可见光及红外光具有高透光性，如果接入电场，则表现出光学各向异性。有望用作图像记忆元件和显示元件。在本发明中，聚酰亚胺（Polyimide）是指对高温、摩擦、放射线、多种化学药品具有强耐久性的树脂。
本发明的柔性贴片传感器，呈四边形，构成扁平而柔韧，能够利用粘合剂等，坚固地、扁平地附着于诸如风力发电机叶片、直升机螺旋桨叶片的宽而平坦但却高速旋转的结构物等使用，另外，由于柔韧，全部面能够贴紧附着于具有三维曲率的结构物使用；柔韧且压电反应优秀，传感器的全部面贴紧结构物，变形的精密测量功能、声波或超声波波段振动发生及通过接收反射波而感知结构物缺陷的功能，以及利用振动或压力获得电能的性能优秀。
本发明就上述提及的优选实施例进行了说明，但本发明的范围并非限定于这些实施例，本发明的范围由以下的权利要求书确定，可以包括属于与本发明均等范围的多种修订及变形。
需要指出的是，权利要求书中记载的附图符号单纯用于辅助发明的理解，不影响权利范围的解释，不得根据记载的附图符号缩窄解释权利范围。
Claims (7)
1.一种柔性贴片传感器，其特征在于，包括：
压电材料层（10），其发生压电效果；
第一电极层（20），其邻接所述压电材料层（10）的上部形成；
第二电极层（30），其邻接所述压电材料层（10）的下部形成；
第一电介质粘合剂层（40），其在所述第一电极层（20）的上部形成；
第二电介质粘合剂层（50），其在所述第二电极层（30）的下部形成；
第一聚酰亚胺薄膜层（60），其在所述第一电介质粘合剂层（40）的上部形成；
第二聚酰亚胺薄膜层（70），其在所述第二电介质粘合剂层（50）的下部形成；
所述压电材料层（10）相互隔离地水平排列有由压电纤维复合材料构成的多个压电长板；
所述压电长板之间的间隙用环氧树脂填充。
2.根据权利要求1所述的柔性贴片传感器，其特征在于，所述柔性贴片传感器用作超声波纵波振荡用，振荡频率为1～10KHz。
3.根据权利要求2所述的柔性贴片传感器，其特征在于，
所述第一电极层（20）交替水平排列有一种极性的第一电极条（21a）与另一种极性的第一电极条（21b）；
所述第二电极层（30）也以与所述第一电极层（20）相应的形状，交替水平排列有一种极性的第二电极条（31a）与另一种极性的第二电极条（31b）；
由多个压电长板构成的所述压电材料层（10）的排列方向与由多个第一电极条（21）、第二电极条（31）构成的第一电极层（20）及第二电极层（30）的排列方向相互垂直交叉；第一电极层（20）与第二电极层（30）的排列方向相互平行。
4.根据权利要求1所述的柔性贴片传感器，其特征在于，
所述柔性贴片传感器用作超声波横波振荡用；
振荡频率为1～10KHz。
5.根据权利要求4所述的柔性贴片传感器，其特征在于，
所述第一电极层（20）包括多个极性相互相同的第一电极条（21）；
所述第二电极层（30）包括多个极性相互相同的第二电极条（31），第二电极条（31）与所述第一电极条（21）的极性相反；
由多个压电长板构成的所述压电材料层（10）的排列方向与由多个第一电极条（21）、第二电极条（31）构成的第一电极层（20）及第二电极层（30）的排列方向相互垂直交叉；第一电极层（20）与第二电极层（30）的排列方向相互平行。
6.根据权利要求3或权利要求5所述的柔性贴片传感器，其特征在于，
所述压电材料层（10）的第一厚度为150～200μm；
所述第一电极条（21）、第二电极条（31）的隔离距离为50～300μm；
所述第一电极条（21）、第二电极条（31）的宽度为10～100μm。
7.根据权利要求3或权利要求5所述的柔性贴片传感器，其特征在于，
与电极条平行的方向的所述压电材料层（10）的纵边长度为0.5～3cm；
与电极条垂直的方向的所述压电材料层（10）的横边长度为3～10cm。
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