CN109916539A - 一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列，该柔性传感阵列由数个传感单元并联连接组成，每个传感单元为五层叠加结构，五层叠加结构从下至上分别为衬底膜、列电极、激光切割的镂空压阻膜、行电极和保护膜，所述列电极印刷在衬底膜上，行电极的电极印刷在保护膜上，激光切割的镂空压阻膜夹在印刷有列电极的衬底膜与印刷有行电极的保护膜之间，衬底膜与保护膜被胶粘合；为降低传感单元之间的串扰，传感单元之间的部分压阻膜使用激光切除，传感单元之间保留部分连接使其保持相对位置和整体形状不变。本发明在不增加装配复杂性情况下减少了串扰，解决了串扰和装配复杂性的冲突，同时可应用于实时图形化压力分布显示。

Description

一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，尤其涉及一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列。

背景技术

随着可穿戴设备的迅速发展，柔性传感技术受到了产业界和学术界的关注。柔性电子器件在医疗健康、仿生触觉、能源、计算和显示等领域有很大的应用潜力。柔性压力传感阵列在同一区域有多个传感单元，可以降低单个传感单元数据偏移对整个测量结果带来的影响，有利于提高测量准确性，同时可以和人体皮肤等不规则表面相贴合。而且通过测量平面上多点的压力，可以使测量数据成倍增加，测量结果可以体现出压力空间分布，有利于更清晰地认识实物本质。

虽然柔性压力传感阵列有着诸多优点，但由于各个传感单元之间距离较小，采集压力信号时容易互相干扰，造成现有柔性压力传感阵列串扰大，采集到的压力信号的准确度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列，该柔性压力传感阵列串扰较小，使用激光切除压阻膜，去除部分连接，在各个传感单元间距不变的情况下增大了传感单元之间的寄生电阻，降低了串扰，提升了采集压力信号的准确度，同时该柔性压力传感阵列可应用于实时图形化显示压力分布。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列，该柔性传感阵列由数个传感单元并联连接组成，每个传感单元为五层叠加结构，五层叠加结构从下至上分别为衬底膜、列电极、激光切割的镂空压阻膜、行电极和保护膜，所述列电极印刷在衬底膜上，行电极的电极印刷在保护膜上，激光切割的镂空压阻膜夹在印刷有列电极的衬底膜与印刷有行电极的保护膜之间，衬底膜与保护膜被胶粘合；其中：

所述激光切割的镂空压阻膜的激光切割过程为：绘制能将压阻膜划分为独立单元且保留部分连接的的切割图形；选择完好的压阻膜；使用激光将压阻膜按照切割图形所示的形状切割，激光定位精度为±0.1mm，激光切割缝隙宽度为0.1mm，激光切割速度为40mm/s，激光切割功率为35w；得到数个独立压阻膜单元，各独立压阻膜单元间相互连接。

本发明装配简单，无需引入复杂的隔离工艺，通过激光图形化切割减小传感单元之间电流通路的横截面积，进而增大了各个传感单元之间的电阻，而每个传感单元电流信号传输不受影响，解决了串扰和装配复杂性的冲突。本发明传感单元之间串扰低，压力信号采集准确率高，可应用于实时图形化压力分布显示，为实时压力信号读取提供了器件基础。

附图说明

图1为本发明柔性压力传感阵列结构图；

图2为本发明压阻膜切割图；

图3为实时图形化压力显示系统的结构示意图；

图4为PC端图形化显示结果图。

具体实施方式

参阅图1，本发明的柔性压力传感阵列包括保护膜9、行电极10、压阻膜11、列电极12和衬底膜13五层材料叠加构成。其中列电极12印刷在衬底膜13上，行电极10的电极印刷在保护膜9上。电极柔软，衬底透明。图2为压阻膜切割图形，使用激光在完好的压阻膜上按照切割图形所示的形状切割，得到多个独立压阻膜单元，两个独立压阻膜单元间有连接部分，最终得到激光切割镂空的压阻膜。图中a、b、c、d、e和f表示距离，具体参数分别为3mm、2mm、5mm、3mm、1mm和1mm。本发明把传感单元之间的部分材料使用激光切除，传感单元之间保留部分连接使其保持相对位置和整体形状不变，从而在满足装配简单的条件下，降低传感单元之间的串扰。使用Auto CAD2007绘制柔性压阻膜的形状，独立压阻膜单元之间连接部分设计为1mm，激光定位精度为±0.1mm，激光切割缝隙宽度为0.1mm，激光切割速度为40mm/s，激光切割功率为35w。

本发明的柔性压力传感阵列可以应用于实时图形化压力显示，参阅图3，由柔性传感阵列1、行选通电路2-1、列选通电路2-2、电池模块3、模数转换电路4、主控制器5、蓝牙显示模块6、PC端显示模块7和存储模块8组成。所述柔性压力传感阵列1采集外界压力信号，经行选通电路2-1和列选通电路2-2后接入模数转换电路4，其输出信号有三种传输路径：通过串口通信方式传入蓝牙显示模块6，通过串口通信方式传入PC端显示模块7，以及通过SPI通信方式传入存储模块8。主控制器5与行选通电路2-1和列选通电路2-2连接，实现行信号和列信号的选通；主控制器5与蓝牙显示模块6、PC端显示模块7和存储模块8相连，实现传输路径的选择。由电池模块3为柔性传感阵列1、列选通电路2-1、行选通电路2-2、模数转换电路4和主控制器5供电。

通过以下具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例

柔性压力传感阵列有效尺寸为32 cm×32 cm，具有64个行电极和64个列电极，行列电极交叉点与压阻薄膜组成4096个传感单元。柔性电极采用丝网印刷银浆的方法批量制备，分别在PET衬底膜和PET保护膜上移印刷银浆。压阻膜形状使用Auto CAD2007绘制，采用激光切割工艺，按图纸边界线以1∶1尺寸切割压阻膜，激光线宽为0.2mm。每个传感单元尺寸为 3 mm×3 mm，该尺寸略大于电极交叉的面积2 mm×2 mm，留作装配余量。传感器单元之间留有1 mm宽度的连接，保证薄膜切割过后总体形状不变。衬底膜与保护膜未印刷电极部分使用双面玻璃胶粘合。以STM32F103系列单片机为主控制器，按照行列扫描的时序控制多路选通开关CD4067型芯片的导通，通过行列的快速切换，扫描读取不同传感器的数据，实现传感器整体数据的采集。主控制器通过串行通信接口把数据发送到蓝牙发送器，蓝牙发送器通过无线电信号把数据发送到移动设备。APP程序需要调用移动端的蓝牙设备资源，软件首先搜索设备，与指定的下位机配对建立通信关系，接收下位机蓝牙设备发来的数据，解析该数据后在对应坐标绘制图像。主控制器通过串行通信发送数据，通信参数为波特率115200，发送出来的数据信号经过TTL—USB转换模块后接入电脑，电脑端通过读取串口资源读取到该数据。数据可通过TF卡存储模块被存储。PC端显示模块首先读取串口缓冲区的数据，解析并图形化显示传感器的数据。参阅图4(a)，手指用力压在柔性传感阵列上，PC端显示结果参阅图4(b),五个手指与传感阵列的接触区域清晰可见，并通过和图4(b)右侧图例对比可得到手指对柔性传感阵列产生的压力。

Claims (1)

1.一种使用激光切割方式制备的柔性压力传感阵列，其特征在于，该柔性传感阵列由数个传感单元并联连接组成，每个传感单元为五层叠加结构，五层叠加结构从下至上分别为衬底膜、列电极、激光切割的镂空压阻膜、行电极和保护膜，所述列电极印刷在衬底膜上，行电极的电极印刷在保护膜上，激光切割的镂空压阻膜夹在印刷有列电极的衬底膜与印刷有行电极的保护膜之间，衬底膜与保护膜被胶粘合；其中：

所述激光切割的镂空压阻膜的切割过程为：绘制能将压阻膜划分为独立单元且保留部分连接的的切割图形；选择完好的压阻膜；使用激光将压阻膜按照切割图形所示的形状切割，激光定位精度为±0.1mm，激光切割缝隙宽度为0.1mm，激光切割速度为40mm/s，激光切割功率为35w；得到数个独立压阻膜单元，各独立压阻膜单元间相互连接。