CN105973316A - 传感器固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器固定装置包括固定模块（1），所述固定模块（1）一侧部开设传感器安装腔体（2），所述传感器安装腔体（2）内固定设置有外环套（6），所述外环套（6）中心固定安装旋转轴（5），所述旋转轴（5）一端部安装旋转手柄（4）；所述旋转轴（5）上套装卷弹簧（7），所述卷弹簧（7）内端与旋转轴（5）固连、其外端抵靠外环套（6）内壁。传感器可用于检测温度压力等环境变量。本发明提出的新型传感器固定装置具有操作方便、固定牢固可靠等优点。

Description

传感器固定装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种传感器固定装置。

背景技术

常规传感器作为采集控制点数据的专用器件, 常用的传感器种类繁多。理想的传感器，应该具有成本低廉、制备简单和通用性强等特点。常规传感器在电力、汽车、家居、工业制造等行业具有广泛的应用前景，但是常规传感器大都基于硬性的支撑衬底，不适用于大面积或不规则表面的信号检测。同时，现有的柔性传感器大都用于测量某一表面，而为了测量整个被测对象的温度或者形变等的变化，需要将柔性传感器做成带状，而带状传感器的固定是需要结合实际的传感器进行设计的，这不同于一般的固定装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种加工简易，成本低廉的柔性传感器固定装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种传感器固定装置，包括固定模块，所述固定模块一侧部开设传感器安装腔体，所述传感器安装腔体内固定设置有外环套，所述外环套中心固定安装旋转轴，所述旋转轴一端部安装旋转手柄；所述旋转轴上套装卷弹簧，所述卷弹簧内端与旋转轴固连、其外端抵靠外环套内壁；所述外环套开设有供塑料卡片通过的通槽，所述塑料卡片穿过外环套后与卷弹簧连接；所述塑料卡片上印刷有多个齿状结构的金属条，所述金属条通过引线与位于固定模块侧面的引线端子连接。

使用时，首先转动固定模块外的旋转手柄，通过旋转轴转动，收紧卷弹簧，将塑料卡片回拉；然后将传感器放入安装腔体内，松开旋转手柄，卷弹簧在恢复力作用下，将塑料卡片弹出，同时，塑料卡片上的金属条作用一是通过其齿状结构夹紧固定传感器，作用二是金属条与传感器的引脚联通；这样，传感器测量的信号通过引线输送至固定模块的引线端子处，实现传感器的信号输出功能。

优选的，所述固定模块左右侧结构对称，能够同时安装两个柔性传感器。

该传感器固定装置具有操作方便、固定牢固可靠等优点。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

通过采用固定装置可达到对带状柔性传感器固定的目的，同时通过在固定装置中加装的引线接口，实现了对传感器信号的输出功能。可以用于对被测对象外围温度或应变等变化量的整体测试时柔性传感器的加固，拓宽了器件的应用领域。

附图说明

图1表示传感器固定装置的结构示意图。

图2表示旋转轴固定结构示意图。

图3表示固定装置内引线示意图。

图4表示柔性温度传感器示意图。

图5表示柔性压力传感器示意图。

图中，1-固定模块，2-传感器安装腔体，3-引线端子，4-旋转手柄，5-旋转轴，6-外环套，7-卷弹簧，8-塑料卡片，9-金属条，10-引线，11-上层柔性衬底，12-下层柔性衬底，13-上电极，14-下电极，15-柔性温敏绝缘层，16-柔性伸缩绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种传感器固定装置，包括固定模块1，所述固定模块1左右侧结构对称，如图1所示。

现以固定模块的一侧结构为例进行说明。

固定模块1一侧部开设传感器安装腔体2，所述传感器安装腔体2内固定设置有外环套6，如图2所示，所述外环套6中心固定安装旋转轴5，所述旋转轴5一端部安装旋转手柄4；所述旋转轴5上套装卷弹簧7，所述卷弹簧7内端与旋转轴5固连、其外端抵靠外环套6内壁；所述外环套6开设有供塑料卡片8通过的通槽，所述塑料卡片8穿过外环套6后与卷弹簧7连接；所述塑料卡片8上印刷有多个齿状结构的金属条9，齿状结构主要用于将柔性传感器夹紧，金属条与传感器的引脚相连。

如图3所示，所述金属条9通过引线10与位于固定模块1侧面的引线端子3连接，引线端子3包括一至两排引线排针，排针用于固定装置同外界连接外围设备，排针间距为标准间距2.54mm。

旋转轴作为支撑用于固定弹簧片及齿状结构。旋转手柄作为旋转轴的延伸，便于手动操作旋转杆。

固定模块的尺寸遵循长度为6~12cm，宽度为3~6cm，高度为1~4cm。

上述传感器固定装置应用于不规则带状柔性传感器的固定场景，柔性传感器用于检测温度、压力等环境变量。以下介绍柔性温度传感器和柔性压力传感器，均可用于上述传感器固定装置中。

一种柔性温度传感器，该器件主要包含上下层衬底、置于衬底上的电极及电极之间的柔性绝缘材料。如图4所示，具体为，包括上层柔性衬底11和下层柔性衬底12，所述上层柔性衬底11上分布有上电极13，所述下层柔性衬底12上分布下电极14，所述上电极13和下电极14间隔相对布置；所述上下层柔性衬底11、12之间设置柔性温敏绝缘层15。

上下层柔性衬底：主要可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚酰亚胺（PI）等具有较好柔韧性及绝缘性的材料。

电极主要采用金属材料（如导电银浆）或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料制作。电极位于衬底之上，并与衬底紧密接触，电极结构采用叉指形状，电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。压印模具或网印模板线条宽度根据所需要加工的柔性温度传感器电极尺寸而定。

温度敏感层采用聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）掺杂纳米铜作为温敏材料，纳米铜材料占比低于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）材料。

具体制作方法如下：

1）、柔性衬底材料的预处理：首先将柔性衬底材料（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚酰亚胺（PI）先后采用乙醇及水在超声模式下清洗5分钟，然后将衬底材料烘干。

2）、电极采用金属材料或碳粉材料加工而成，金属或碳粉颗粒的直径尺寸小于10微米，同时该电极材料需配以易挥发浆料作为粘连材料，易挥发浆料采用聚酯材料。电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。

3）、温度敏感材料的制备：

采用聚N-异丙基丙烯酰胺（Poly(N-ispropylacrylam)，PNIPAM）掺杂纳米铜作为温敏材料，作为柔性温度传感器的介质材料，当温度变化时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的温度值。

其中，温敏材料的制备步骤：

第一步，采用N-异丙烯酰胺（N-isopropylacryla，NIPAM）单体，将NIPAM同纳米铜按照99：1的比例混合，加入N,N-甲基双丙烯酰胺试剂，制备出混有纳米铜的聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶微球。

第二步，将制备的凝胶微球混入松油醇、乙基纤维、SiO₂等粘结相载体，在磁力搅拌器中搅拌20分钟，搅拌均匀，制备出温敏浆料。

4）、将温敏浆料置于上下层衬底之间，电极埋于温敏浆料中。器件置于60-120℃温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，以挥发部分浆料的粘连材料。

器件完成之后，需进行封装测试工作，加工的器件可应用于不规则表面温度检测特定场景。

柔性温敏绝缘层作为柔性温度传感器的介质材料，当温度变化时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的温度值。柔性温度传感器具有可大规模制造，可测量不规则表面的温度等优点。

一种柔性压力传感器，该器件主要包含上下层衬底、置于衬底上的电极及电极之间的柔性绝缘材料。如图5所示，具体为，包括上层柔性衬底11和下层柔性衬底12，所述上层柔性衬底11上分布有上电极13，所述下层柔性衬底12上分布下电极14，所述上电极13和下电极14间隔相对布置；所述上下层柔性衬底11、12之间设置柔性伸缩绝缘层16。

上下层柔性衬底主要可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚酰亚胺（PI）等具有较好柔韧性及绝缘性的材料。

电极主要采用金属材料（如导电银浆）或碳粉材料，电极位于衬底之上，并与衬底紧密接触，电极结构采用叉指形状，电极材料通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。压印模具或网印模板线条宽度根据所需要加工的柔性压力传感器电极尺寸而定。

柔性可伸缩绝缘层材料选用具有较好的延展性的PDMS，作为柔性压力传感器的弹性电容层的介质材料，当有力压在上下衬底上时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近,上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的压力值。

具体制作方法如下：

1）柔性衬底材料的预处理：首先将柔性衬底材料（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚酰亚胺（PI）先后采用乙醇及水在超声模式下清洗5分钟，然后将衬底材料烘干。

2）、电极采用金属材料或碳粉材料加工而成，金属或碳粉颗粒的直径尺寸小于10微米，同时该电极材料需配以易挥发浆料作为粘连材料，易挥发浆料采用聚酯材料。电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。

3）压力敏感材料的制备：

可伸缩绝缘层材料选用聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）。通过旋转涂敷或者丝网印刷等加工方式将第一层PDMS制备于电极结构之上。

采用一层一层的方式，将吡咯单体倒入氯化铁溶液中，将上述制备有一层PDMS结构的器件浸泡入上述溶液中，静置30秒，再取出，在形成的第一层PDMS之上制备出单层聚吡咯聚合物。

在此基础上再通过旋转涂敷或者丝网印刷等加工方式将第二层PDMS制备于聚吡咯聚合物之上，重复上述动作，最后形成三层PDMS夹有两层聚吡咯聚合物的敏感层结构，形成压力敏感层。

4）在压印成型之后，器件置于60-120℃温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，以挥发部分浆料的粘连材料。

器件完成之后，需进行封装测试工作，加工的器件可应用于不规则表面温度检测特定场景。

该柔性压力传感器具有灵敏度高，可大规模制造，用途广泛等诸多优点。

对本发明公开的柔性传感器固定装置，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器固定装置，其特征在于：包括固定模块（1），所述固定模块（1）一侧部开设传感器安装腔体（2），所述传感器安装腔体（2）内固定设置有外环套（6），所述外环套（6）中心固定安装旋转轴（5），所述旋转轴（5）一端部安装旋转手柄（4）；所述旋转轴（5）上套装卷弹簧（7），所述卷弹簧（7）内端与旋转轴（5）固连、其外端抵靠外环套（6）内壁；所述外环套（6）开设有供塑料卡片（8）通过的通槽，所述塑料卡片（8）穿过外环套（6）后与卷弹簧（7）连接；所述塑料卡片（8）上印刷有多个齿状结构的金属条（9），所述金属条（9）通过引线（10）与位于固定模块（1）侧面的引线端子（3）连接。

2.根据权利要求1所述的传感器固定装置，其特征在于：所述固定模块（1）左右侧结构对称。

3.根据权利要求2所述的传感器固定装置，其特征在于：位于一侧的传感器安装腔体（2）安装柔性温度传感器；

所述柔性温度传感器，包括上层柔性衬底（11）和下层柔性衬底（12），所述上层柔性衬底（11）上分布有上电极（13），所述下层柔性衬底（12）上分布下电极（14），所述上电极（13）和下电极（14）间隔相对布置；所述上下层柔性衬底（11、12）之间设置柔性温敏绝缘层（15）。

4.根据权利要求3所述的传感器固定装置，其特征在于：位于另一侧的传感器安装腔体（2）安装柔性压力传感器；

所述柔性压力传感器，包括上层柔性衬底（11）和下层柔性衬底（12），所述上层柔性衬底（11）上分布有上电极（13），所述下层柔性衬底（12）上分布下电极（14），所述上电极（13）和下电极（14）间隔相对布置；所述上下层柔性衬底（11、12）之间设置柔性伸缩绝缘层（16）。

5.根据权利要求3或4所述的传感器固定装置，其特征在于：所述上下层柔性衬底（11、12）采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺材料制作。

6.根据权利要求3或4所述的传感器固定装置，其特征在于：所述上下电极（13、14）采用金属材料或者碳粉材料制作。

7.根据权利要求3所述的传感器固定装置，其特征在于：所述柔性温敏绝缘层（15）采用聚N-异丙基丙烯酰胺掺杂纳米铜作为温敏材料制作。

8.根据权利要求4所述的传感器固定装置，其特征在于：所述柔性伸缩绝缘层（16）采用聚二甲基硅氧烷材料制作。

9.根据权利要求7所述的传感器固定装置，其特征在于：所述柔性温度传感器的制备方法如下：

（1）、柔性衬底材料的预处理：首先将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干；

（2）、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，制备出上下电极；

将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层柔性衬底之上；

（3）、温度敏感材料的制备：

第一步，采用N-异丙烯酰胺NIPAM单体，将NIPAM单体同纳米铜按照99：1的比例混合，加入N,N-甲基双丙烯酰胺试剂，制备出混有纳米铜的聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶微球；

第二步，将制备的凝胶微球混入粘结相载体，在磁力搅拌器中搅拌均匀，制备出温敏浆料；

（4）、将温敏浆料置于上下层衬底之间，电极埋于温敏浆料中；器件置于60-120℃温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，制备完成，封装即可。

10.根据权利要求8所述的传感器固定装置，其特征在于：所述柔性压力传感器的制备方法如下：

（1）、柔性衬底材料的预处理：将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干；

（2）、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，加工上下电极；

将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层衬底之上；

（3）、压力敏感材料的制备：

第一步，可伸缩绝缘层材料选用聚二甲基硅氧烷通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第一层PDMS制备于电极结构之上；

第二步，采用一层一层的方式，将吡咯单体倒入氯化铁溶液中，将上述制备有一层PDMS结构的器件浸泡入上述溶液中，静置30秒，再取出，在形成的第一层PDMS之上制备出单层聚吡咯聚合物；

第三步，在此基础上再通过旋转涂敷或者丝网印刷加工方式将第二层PDMS制备于聚吡咯聚合物之上，重复上述动作，最后形成三层PDMS夹有两层聚吡咯聚合物的敏感层结构，形成压力敏感层；

（4）、在压印成型之后，器件置于60-120℃温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，制备完成，封装即可。