CN109990928B - 一种温度压力复合传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度压力复合传感器，包括带有第一感应单元和第二感应单元的压电感应层，其中，第一感应单元的形状为棱台状，第二感应单元的形状为半球状，且第一感应单元的高度大于等于第二感应单元的高度；位于压电感应层上表面的第一感应电极层；位于压电感应层下表面的第二感应电极层；位于第二感应电极层下表面的温度感应层；位于温度感应层下表面的第三感应电极层。可见，压电感应层具有棱台状的第一感应单元和半球状的第二感应单元，检测压力时第一感应单元受到压力而形变，但是各侧面发生的形变量不同，实现对压力的三维检测；第一感应单元和第二感应单元感应不同范围的压力值，优化压力传感特性曲线的线性度，从而提高压力测量的精度。

Description

一种温度压力复合传感器

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种温度压力复合传感器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器种类繁多，根据其感知功能可以分为压力传感器、温度传感器、光敏传感器、激光传感器等等。为了使传感器感知能力多样化，出现了复合传感器，如温度压力复合传感器，可以同时对温度和压力进行感知，并反馈出温度和压力。

现有的温度压力复合传感器中，压力传感器部分是由电阻单元或电容单元制成的，电阻单元的分辨率低，并且对于三维压力与三维形变量不能做到同时测量，只能反馈单一的压力值；电容单元虽然对压力变化的感知明显，精度较高，但是对于压力的方向无法准确测得，仅限于一维压力测量。

因此，温度压力复合传感器在进行压力检测时，如何实现对压力的三维检测，以及提高测量的精确度是本领技术人员应重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种温度压力复合传感器，实现对压力的三维检测以及提高测量的精度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种温度压力复合传感器，包括：

带有第一感应单元和第二感应单元的压电感应层，其中，所述第一感应单元的形状为棱台状，所述第二感应单元的形状为半球状，且所述第一感应单元的高度大于等于所述第二感应单元的高度；

位于所述压电感应层上表面的第一感应电极层；

位于所述压电感应层下表面的第二感应电极层；

位于所述第二感应电极层下表面的温度感应层；

位于所述温度感应层下表面的第三感应电极层。

可选的，所述压电感应层带有多个所述第一感应单元和多个所述第二感应单元，且多个所述第一感应单元和多个所述第二感应单元呈均匀分布。

可选的，所述温度感应层为带有槽状凸起的薄膜温度感应层。

可选的，所述温度感应层为填充有导电颗粒的聚偏氟乙烯薄膜温度感应层。

可选的，所述导电颗粒为纳米炭黑颗粒。

可选的，所述压电感应层为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯复合薄膜压电感应层。

可选的，还包括：

位于所述第一感应电极层上表面的保护层。

可选的，所述保护层为聚酰亚胺保护层。

可选的，所述第一感应电极层的厚度、所述第二感应电极层的厚度、所述第三感应电极层的厚度取值范围均为1μm至5μm，包括端点值。

可选的，所述第一感应电极层、所述第二感应电极层、所述第三感应电极层均为金属导电层。

本申请所提供的温度压力复合传感器，包括带有第一感应单元和第二感应单元的压电感应层，其中，所述第一感应单元的形状为棱台状，所述第二感应单元的形状为半球状，且所述第一感应单元的高度大于等于所述第二感应单元的高度；位于所述压电感应层上表面的第一感应电极层；位于所述压电感应层下表面的第二感应电极层；位于所述第二感应电极层下表面的温度感应层；位于所述温度感应层下表面的第三感应电极层。可见，本申请温度压力复合传感器中的压电感应层具有棱台状的第一感应单元和半球状的第二感应单元，在检测压力时，棱台状的第一感应单元受到压力后发生形变，受力的方向的影响，棱台状第一感应单元的各个侧面发生的形变量不同，从而实现对压力的三维检测，并且，第一感应单元和第二感应单元可以分别感应不同范围的压力值，优化压力传感特性曲线的线性度，从而提高压力测量的准确度。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种温度压力复合传感器的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的温度感应层的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的第二感应电极层的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有技术温度压力复合传感器在测量压力时，只能对压力进行一维测量，且测量精确度不高。

有鉴于此，本申请提供了一种温度压力复合传感器，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种温度压力复合传感器的结构示意图，该传感器包括：

带有第一感应单元11和第二感应单元12的压电感应层1，其中，所述第一感应单元11的形状为棱台状，所述第二感应单元12的形状为半球状，且所述第一感应单元11的高度大于等于所述第二感应单元12的高度；

位于所述压电感应层1上表面的第一感应电极层2；

位于所述压电感应层1下表面的第二感应电极层3；

位于所述第二感应电极层3下表面的温度感应层4；

位于所述温度感应层4下表面的第三感应电极层5。

具体的，第一感应单元11的形状为正四棱台，第一感应单元11的高度即为正四棱台上下两个平行的表面之间的距离；第二感应单元12的高度即为半球体的半径。

本实施例中压电感应层1上的第一感应单元11的高度大于等于第二感应单元12的高度的目的是，棱台状的第一感应单元11受到压力的作用，受压力的方向的影响，第一感应单元11的四个侧面发生的形变量有所不同，从而测得压力的方向，即实现对压力的三维检测，同时由于第一感应单元11和第二感应单元12感应压力的范围不同，从而优化温度压力复合传感器获得的压力传感特性曲线的线性度，提高压力测量的准确度。

需要指出的是，本实施例中对第一感应单元11的数量不做具体限定，可自行设置。同理，对第二感应单元12的数量也不做具体限定。

还需要指出的是，温度感应层4为带有凸起的感应层，以实现对温度的测量，但是，本实施例中对凸起的形状不做具体限定，视情况而定。相应的，压电感应层1和第二感应电极层3对应温度感应层4凸起的位置，具有与凸起相适应的通孔，以使凸起透过第二感应电极层3和压电感应层1，实现对温度的检测。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述压电感应层1为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯复合薄膜压电感应层，使得温度压力复合传感器具有较好的柔韧性，当然，在本申请的其他实施例中，还可以选择其他柔韧性好、阻抗低的薄膜材料作为压电感应层，例如，聚偏二氟乙烯薄膜。

可选的，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，温度压力复合传感器还包括：

位于所述第一感应电极层2上表面的保护层，避免温度压力复合传感器在使用过程中，受到摩擦而损坏，增加温度压力复合传感器的使用寿命。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述保护层为聚酰亚胺保护层。

可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一感应电极层2的厚度、所述第二感应电极层3的厚度、所述第三感应电极层5的厚度取值范围均为1μm至5μm，包括端点值，以避免第一感应电极层2的厚度、第二感应电极层3的厚度和第三感应电极层5的厚度过大或者过小，使得第一感应电极层2、第二感应电极层3和第三感应电极层5的导电性能较差，导致压力检测的测量结果不准确。

可选的，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一感应电极层2、所述第二感应电极层3、所述第三感应电极层5均为金属导电层。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，第一感应电极层2、第二感应电极层3以及第三感应电极层5还可以为其它导电材料形成的导电层，优选导电性好的材料，具体视情况而定。

本实施例所提供的温度压力复合传感器，包括带有第一感应单元11和第二感应单元12的压电感应层1，其中，所述第一感应单元11的形状为棱台状，所述第二感应单元12的形状为半球状，且所述第一感应单元11的高度大于等于所述第二感应单元12的高度；位于所述压电感应层1上表面的第一感应电极层2；位于所述压电感应层1下表面的第二感应电极层3；位于所述第二感应电极层3下表面的温度感应层4；位于所述温度感应层4下表面的第三感应电极层5。本实施例温度压力复合传感器中的压电感应层1具有棱台状的第一感应单元11和半球状的第二感应单元12，在检测压力时，棱台状的第一感应单元11受到压力后发生形变，受力的方向的影响，棱台状第一感应单元11的各个侧面发生的形变量不同，从而实现对压力的三维检测，并且，第一感应单元11和第二感应单元12可以分别感应不同范围的压力值，优化压力传感特性曲线的线性度，从而提高压力测量的准确度。

优选地，第一感应电极层2中的接触电极和第三感应电极层5的接触电极均为凸起型接触电极，以便于信号的输出。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述压电感应层1带有多个所述第一感应单元11和多个所述第二感应单元12，且多个所述第一感应单元11和多个所述第二感应单元12呈均匀分布。

具体的，多个第一感应单元11和多个第二感应单元12形成M×N的阵列，在阵列的每一行中，第一感应单元11和第二感应单元12相互间隔排列，在阵列的每一列中，第一感应单元11和第二感应单元12同样相互间隔排列。

在本实施例中，压电感应层1带有的多个第一感应单元11和多个第二感应单元12均匀分布，一方面，增加温度压力复合传感器的有效压力感应范围，另一方面，进一步增加对压力进行三维检测的准确性。

请参考图2和图3，图2为本申请实施例所提供的温度感应层的结构示意图，图3为本申请实施例所提供的第二感应电极层3的结构示意图。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述温度感应层4为带有槽状凸起41的薄膜温度感应层。

具体的，槽状凸起41对应多个第一感应单元11和多个第二感应单元12组成的阵列中相邻两列间的位置。

需要说明的是，温度感应层4的槽状凸起41的高度介于第一感应单元11的高度与第二感应单元12的高度之间。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述温度感应层4为填充有导电颗粒的聚偏氟乙烯薄膜温度感应层，即温度感应层4为具有正温度系数效应的感应层，但是，本实施例中对温度感应层4的材料并不作具体的限定，可以视情况而定。在本申请的另一实施例中，温度感应层4还可以为聚氯乙烯薄膜温度感应层，即温度感应层4为具有负温度系数效应的感应层。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述导电颗粒为纳米炭黑颗粒，但是，本实施例中对导电颗粒的种类并不作具体的限定，可以视情况而定。在本申请的另一实施例中，导电颗粒还可以为金属粉末、金属氧化物粉末等。

具体的，第二感应电极层3上具有与槽状凸起41相适应的长条形通孔，以及与第一感应单元11、第二感应单元12相对应的金属层。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的温度压力复合传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种温度压力复合传感器，其特征在于，包括：

带有第一感应单元和第二感应单元的压电感应层，其中，所述第一感应单元的形状为棱台状，所述第二感应单元的形状为半球状，且所述第一感应单元的高度大于等于所述第二感应单元的高度；

位于所述压电感应层上表面的第一感应电极层；

位于所述压电感应层下表面的第二感应电极层；

位于所述第二感应电极层下表面的温度感应层；

位于所述温度感应层下表面的第三感应电极层；

所述压电感应层带有多个所述第一感应单元和多个所述第二感应单元，且多个所述第一感应单元和多个所述第二感应单元呈均匀分布；

其中，所述温度感应层为带有凸起的感应层；所述第一感应电极层、所述压电感应层和所述第二感应电极层对应所述温度感应层凸起的位置，具有与所述凸起相适应的通孔。

2.如权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述温度感应层为带有槽状凸起的薄膜温度感应层。

3.如权利要求2所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述温度感应层为填充有导电颗粒的聚偏氟乙烯薄膜温度感应层。

4.如权利要求3所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述导电颗粒为纳米炭黑颗粒。

5.如权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述压电感应层为聚偏二氟乙烯-三氟乙烯复合薄膜压电感应层。

6.如权利要求1所述的温度压力复合传感器，其特征在于，还包括：

位于所述第一感应电极层上表面的保护层。

7.如权利要求6所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述保护层为聚酰亚胺保护层。

8.如权利要求1至7任一项所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述第一感应电极层的厚度、所述第二感应电极层的厚度、所述第三感应电极层的厚度取值范围均为1μm至5μm，包括端点值。

9.如权利要求1至7任一项所述的温度压力复合传感器，其特征在于，所述第一感应电极层、所述第二感应电极层、所述第三感应电极层均为金属导电层。