CN109247920B - 一种高灵敏度压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高灵敏度压力传感器，属于电容式压力传感器技术领域。高灵敏度压力传感器的第一电极感应板的靠近第二电极感应板的一侧设置有至少一个第一电极，第二电极感应板的靠近第一电极感应板的一侧设置有至少一个与第一电极对应的第二电极，结构板上设置有多个通孔。一个通孔、通孔两端的第一电极和第二电极组成一个电极感应单元，每个电极感应单元的第一电极在第二电极面上的投影与第二电极的至少一部分重合。当第一电极感应板受力时，第一电极感应板能够朝向通孔的方向变形。此高灵敏度压力传感器通过多个电极感应单元的设置，能够通过芯片测出多个电容数据，并通过引出线引出，芯片进行处理，得到检测更加准确的数据。

Description

一种高灵敏度压力传感器

技术领域

本发明涉及电容式压力传感器技术领域，具体而言，涉及一种高灵敏度压力传感器。

背景技术

中医诊脉是通过按触人体不同部位的脉搏，以体察脉象变化的切诊。对于中医诊脉现代化，核心要点是模拟中医手指感受到的人体手腕部位桡动脉搏动状态。而手指表面的感觉神经排列间距很小感应灵敏度很好。桡动脉的直径大致在2.5～4mm之间，如果要精确测量桡动脉垂直血管方向的脉搏跳动情况，是诊脉现代化的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度压力传感器，检测数据更加准确，能够精确测量桡动脉垂直血管方向的脉搏跳动情况。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种高灵敏度压力传感器，包括相对设置的第一电极感应板和第二电极感应板、设置于第一电极感应板和第二电极感应板之间的结构板以及多个电极感应单元；

第一电极感应板的靠近第二电极感应板的一侧设置有至少一个第一电极，第二电极感应板的靠近第一电极感应板的一侧设置有至少一个与第一电极对应的第二电极，结构板上设置有多个通孔；

一个通孔、通孔两端的第一电极和第二电极组成一个电极感应单元，每个电极感应单元的第一电极在第二电极面上的投影与第二电极的至少一部分重合；当第一电极感应板受力时，第一电极感应板能够朝向通孔的方向变形。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述多个电极感应单元按照阵列排列，多个电极感应单元的第一电极可以一体成型成一个或多个或与通孔的数量一致。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述在同一平面上，相邻两个第一电极之间的距离不大于1mm，相邻两个通孔之间的距离不大于1mm。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述多个电极感应单元按照阵列排列，多个电极感应单元的第二电极可以一体成型成一个或多个或与通孔的数量一致。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述第一电极感应板的厚度均不大于0.3mm，弹性模量均不小于1Gpa。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述第一电极感应板由刚性薄膜导电材料或刚性导电编织材料制成。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述结构板的厚度不大于0.2mm，弹性模量不小于2Gpa。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述结构板由刚性材料制成。

一种高灵敏度压力传感器，包括相对设置的第一电极感应板和第二电极感应板、设置于第一电极感应板和第二电极感应板之间的结构板、多个电极感应单元以及芯片；

第一电极感应板的靠近第二电极感应板的一侧设置有至少一个第一电极，第二电极感应板的靠近第一电极感应板的一侧设置有至少一个与第一电极对应的第二电极，结构板上设置有多个通孔，每个第一电极和每个第二电极均通过电极引出线与芯片电连接；

一个通孔、通孔两端的第一电极和第二电极组成一个电极感应单元，每个电极感应单元的第一电极在第二电极面上的投影与第二电极的至少一部分重合；当第一电极感应板受力时，第一电极感应板能够朝向通孔的方向变形。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述芯片内集成有电连接的电容测量电路和处理电路，处理电路用于将电容测量电路得到的模拟信号转化成数字信号。

与现有技术相比，本发明的较佳实施例提供的高灵敏度压力传感器的有益效果包括：

通过在第一电极感应板和第二电极感应板之间设置具有多个通孔的结构板，使一个通孔、通孔两端的第一电极和第二电极形成电极感应单元，通孔的个数与形成的电极感应单元的个数一致，每个电极感应单元的第一电极在第二电极面上的投影与第二电极的至少一部分重合，使第一电极和第二电极之间形成重叠面积S，第一电极与第二电极之间的距离的d为通孔在轴线方向的长度。

当第一电极感应板承受力的作用的时候，第一电极感应板朝向第二电极感应板的方向变形，即第一电极感应板部分向通孔的方向变形，从而减小第一电极与第二电极之间的距离，电容测量的公式为：

得到一个电容值。由于设置有多个电极感应单元，所以，每个电极感应单元对应承受压力变形，得出多个电容值，第一电极感应板的不同位置承受的力不同，得到的电容值不同，对多个电容值进行分析，得到更加准确的数据，能够精确检测出不同位置承受的压力，能够精确测量桡动脉垂直血管方向的脉搏跳动情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器的剖视图；

图3为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器中一个电极感应单元的剖视图；

图4为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器受力后的剖视图；

图5为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器的第一扫描示意图；

图6为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器的第二扫描示意图；

图7为本发明实施例提供的高灵敏度压力传感器的第三扫描示意图。

图标：100－高灵敏度压力传感器；110－第一电极感应板；120－第二电极感应板；130－结构板；140－电极感应单元；111－第一电极；121－第二电极；131－通孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

本实施例提供的高灵敏度压力传感器100的数据处理原理电容式压力传感器的原理相同，但其结构不同，本实施例对其结构进行改进。

请参阅图1－图3，本实施例中，高灵敏度压力传感器100包括相对设置的第一电极111感应板110和第二电极121感应板120、设置于第一电极111感应板110和第二电极121感应板120之间的结构板130、多个电极感应单元140以及芯片。

详细地，芯片内集成有电连接的电容测量电路和处理电路，处理电路用于将电容测量电路得到的模拟信号转化成数字信号。通过电容测量电路扫描多个电极感应单元140，从而得到多个模拟信号，通过处理电路对每个模拟信号进行处理，得到多个数字信号，并输出，最后输出的数字信号可以转换成IIC、SPI、USB等模式。

第一电极感应板110的厚度均不大于0.3mm，弹性模量均不小于1Gpa。第一电极感应板110的厚度很薄，弹性模量很大，使其在压力较小的情况下能够发生变形，形变以后回弹速度更大，滞后会更小，响应速度更快，弹性形变量与外力大小之间的线性相关度更高。

可选地，第一电极感应板110由刚性薄膜导电材料或刚性导电编织材料制成，其中，编织材料可以采用导电纤维编织(金属丝或塑料丝)；编制材料在编织结构中存在间隙，会增加弹性空腔，利于变形或恢复形变。第二电极感应板120由常规的FPC或PCB材料或者其他可以布线的平面电路材料制成。

结构板130的厚度不大于0.2mm，弹性模量不小于2Gpa，结构板130由刚性材料制成。通过结构板130的设置，能够对第一电极感应板110和第二电极感应板120形成支撑，避免由于第一电极感应板110和第二电极感应板120再未接受外力的情况下由于自身的重力而变形，同时，在第一电极感应板110受到外力的作用的时候，由结构板130和通孔131形成的腔体不会发生变形，第一电极感应板110和第一电极111在通孔131内变形的时候，不会使通孔131本身发生变形。

可选地，结构板130可以是陶瓷、高强度塑料或者金属，以便对第一电极感应板110和第二电极感应板120之间进行支撑。

第一电极感应板110的靠近第二电极感应板120的一侧设置有至少一个第一电极111，第二电极感应板120的靠近第一电极感应板110的一侧设置有至少一个与第一电极111对应的第二电极121，结构板130上设置有多个通孔131。一个通孔131、通孔131两端的第一电极111和第二电极121组成一个电极感应单元140，每个电极感应单元140的第一电极111在第二电极121面上的投影与第二电极121的至少一部分重合。当第一电极感应板110受力时，第一电极感应板110能够朝向通孔131的方向变形。

当结构板130由金属材料制成时，在结构板130表面做绝缘处理或者在第一电极111的远离第一电极感应板110的一侧以及第二电极121的远离第二电极感应板120的一侧做绝缘处理，避免电极感应单元140被击穿，结构板130上设置多个通孔131，每个第一电极111或/和第二电极121对应的区域可以对应设置1－100个通孔131，以便形成更多的电极感应单元140。

每个第一电极111和每个第二电极121均通过电极引出线与芯片电连接。通过电极引出线将多个电极感应单元140连接到芯片的电容测量电路，对每个电极感应单元140的电容进行测量，从而得到每个电极感应单元140承受的外力。

本实施例中，未对结构板130上设置的通孔131的形状做限定，通孔131的形状可以是方形、圆形或者多边形等，第一电极感应板110在受到外力的作用下，能够实现第一电极感应板110和连接在第一电极感应板110上的第一电极111朝向通孔131的方向变形即可。

通过在第一电极感应板110和第二电极感应板120之间设置具有多个通孔131的结构板130，使一个通孔131、通孔131两端的第一电极111和第二电极121形成电极感应单元140，通孔131的个数与形成的电极感应单元140的个数一致，每个电极感应单元140的第一电极111在第二电极121面上的投影与第二电极121的至少一部分重合，使第一电极111和第二电极121之间形成重叠面积S，第一电极111与第二电极121之间的距离的d为通孔131在轴线方向的长度。

高灵敏度压力传感器100不受外力的情况下的剖视图，如图2，第一电极111和第二电极121的距离为d0，当第一电极感应板110承受力的作用的时候，第一电极感应板110朝向第二电极感应板120的方向变形，即第一电极感应板110部分向通孔131的方向变形，连接在第一电极感应板110上的第一电极111也发生变形，从而减小第一电极111与第二电极121之间的距离，如图4，第一电极111和第二电极121之间的距离为的d1，电容测量的公式为：C＝εS/4πkd，得到一个电容值。由于设置有多个电极感应单元140，所以，每个电极感应单元140对应承受压力变形，得出多个电容值，第一电极感应板110的不同位置承受的力不同，得到的电容值不同，对多个电容值进行分析，得到更加准确的数据，能够精确检测出不同位置承受的压力。

多个电极感应单元140按照阵列排列，多个电极感应单元140的第一电极111可以一体成型成一个或多个或与通孔131的数量一致。多个电极感应单元140按照阵列排列，多个电极感应单元140的第二电极121可以一体成型成一个或多个或与通孔131的数量一致。

即第一电极111的数量可以是一个或者多个，第二电极121的数量也可以是一个或者多个，当第一电极111和第二电极121均为一个的时候，第一电极111的一部分与一个通孔131和对应的第二电极121的一部分组成一个电极感应单元140，通孔131的个数与电极感应单元140的个数一致，从而进行多个部位的检测。

当第一电极111的数量是多个，与第一电极111对应的第二电极121的数量为一个时，一个第一电极111与一个通孔131和第二电极121的一部分组成一个电极感应单元140，通孔131的个数与电极感应单元140的个数一致，从而进行多个部位的检测。

当第一电极111的数量是一个，与第一电极111对应的第二电极121的数量为多个时，第一电极111的一部分和一个第二电极121组成一个电极感应单元140，通孔131的个数与电极感应单元140的个数一致，从而进行多个部位的检测。

类似的其他实施方式还可以是：第一电极111有多个，与第一电极111对应的第二电极121也有多个，但第一电极111和第二电极121的数量不同，从而对多个部位进行检测。

可选地，在同一平面上，相邻两个第一电极111之间的距离不大于1mm，相邻两个通孔131之间的距离不大于1mm，得到微型传感器，其灵敏度更高。

处理电路包括模数转换电路、放大电路，滤波电路、数字通信电路，先通过电容测量电路扫描每个电极感应单元140，得到多个模拟信号，每个模拟信号经过放大电路放大以后进行处理，经过放大电路处理以后，一方面，信号能够达到处理的标准，另一方面，信号中的干扰也被放大，所以，需要通过滤波电路对干扰进行过滤降噪，得到精确的模拟信号，最后通过模数转换电路将模拟信号转化成数字信号，再通过数字通信电路发送数字信号。

以诊脉为例，为了检测桡动脉垂直血管方向上的脉搏的跳动情况，将手腕放置在第一电极感应板110上，由于桡动脉具有一定的直径，所以，为了测试桡动脉在径向方向和轴向方向不同位置的电容值，通过电容测量电路对每个电极感应单元140进行扫描。

如图5，第一电极111包括一个，对应的第二电极121包括一个，多个通孔131呈阵列排列，每个电极感应单元140的第一电极111和第二电极121的重叠面积就是这个电极感应单元140的通孔131的截面积，即每一列的S1－S10为10个重叠面积，即桡动脉的径向方向使用10个电极感应单元140进行测量，得到10个不同的电容值，从而能够对桡动脉的径向方向的10个位置的脉搏跳动情况进行测量，测量更加准确。每一行有三个重叠面积，即桡动脉的轴向方向使用三个电极感应单元140进行测量，得到三个不同的电容值，从而能够对桡动脉的轴向方向的10个位置的脉搏跳动情况进行测量。所以，一根桡动脉的脉搏跳动情况可以通过30个电极感应单元140进行测量，测量数据进行准确。同一时刻，每个电极感应单元140扫描以后得到一个电容值，不同时刻，同一电极感应单元140扫描以后得到不同的电容值，从而最终得到动态的，随时间变化的三维压力面图，能够得到同一时间的桡动脉的不同位置的跳动情况，也能够得到不同时间的桡动脉的跳动情况。

如图6，第一电极111包括一个，对应的第二电极121包括多个；或者第一电极111包括多个，对应的第二电极121包括一个，多个通孔131呈阵列排列，每个电极感应单元140的第一电极111和第二电极121的重叠面积就是这个电极感应单元140的通孔131的截面积，其扫描方式与上述扫描方式一致，得到动态的，随时间变化的三维压力面图。

如图7，第一电极111包括多个，对应的第二电极121包括多个，第一电极111和第二电极121的数量可以均与通孔131的数量一致，第一电极111的数量和第二电极121的数量也可以与通孔131的不一致，其扫描方式与上述扫描方式一致，得到动态的，随时间变化的三维压力面图。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高灵敏度压力传感器，其特征在于，包括相对设置的第一电极感应板和第二电极感应板、设置于所述第一电极感应板和所述第二电极感应板之间的结构板以及多个电极感应单元；

所述第一电极感应板的靠近所述第二电极感应板的一侧设置有至少一个第一电极，所述第二电极感应板的靠近所述第一电极感应板的一侧设置有至少一个与所述第一电极对应的第二电极，所述结构板上设置有多个通孔；

一个所述通孔、所述通孔两端的所述第一电极和所述第二电极组成一个电极感应单元，每个所述电极感应单元的所述第一电极在所述第二电极面上的投影与所述第二电极的至少一部分重合；当所述第一电极感应板受力时，所述第一电极感应板能够朝向所述通孔的方向变形；

所述结构板由刚性材料制成；所述第一电极感应板和/或所述第二电极感应板受到外力时，所述结构板不发生变形。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，多个所述电极感应单元按照阵列排列，多个所述电极感应单元的所述第一电极可以一体成型成一个或多个或与所述通孔的数量一致。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，在同一平面上，相邻两个所述第一电极之间的距离不大于1mm，相邻两个所述通孔之间的距离不大于1mm。

4.根据权利要求1所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，多个所述电极感应单元按照阵列排列，多个所述电极感应单元的所述第二电极可以一体成型成一个或多个或与所述通孔的数量一致。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，所述第一电极感应板的厚度均不大于0.3mm，弹性模量均不小于1Gpa。

6.根据权利要求5所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，所述第一电极感应板由刚性薄膜导电材料或刚性导电编织材料制成。

7.根据权利要求5所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，所述结构板的厚度不大于0.2mm，弹性模量不小于2Gpa。

8.一种高灵敏度压力传感器，其特征在于，包括相对设置的第一电极感应板和第二电极感应板、设置于所述第一电极感应板和所述第二电极感应板之间的结构板、多个电极感应单元以及芯片；

所述第一电极感应板的靠近所述第二电极感应板的一侧设置有至少一个第一电极，所述第二电极感应板的靠近所述第一电极感应板的一侧设置有至少一个与所述第一电极对应的第二电极，所述结构板上设置有多个通孔，每个所述第一电极和每个所述第二电极均通过电极引出线与所述芯片电连接；

一个所述通孔、所述通孔两端的所述第一电极和所述第二电极组成一个电极感应单元，每个所述电极感应单元的所述第一电极在所述第二电极面上的投影与所述第二电极的至少一部分重合；当所述第一电极感应板受力时，所述第一电极感应板能够朝向所述通孔的方向变形；所述结构板由刚性材料制成；所述第一电极感应板和/或所述第二电极感应板受到外力时，所述结构板不发生变形。

9.根据权利要求8所述的高灵敏度压力传感器，其特征在于，所述芯片内集成有电连接的电容测量电路和处理电路，所述处理电路用于将所述电容测量电路得到的模拟信号转化成数字信号。

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