CN110261011A - 薄膜传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄膜传感器,其中包括:两薄膜基材;至少两导电层,分别设置于两薄膜基材的内侧面上;多个压电薄膜,多个压电薄膜设置于两薄膜基材的内侧面之间,压电薄膜的两侧面分别通过导电胶黏贴于导电层相对于薄膜基材的一侧面;当本发明的薄膜传感器弯曲时,压电薄膜能够随着薄膜基材一起产生弯曲变形,并使得多个压电薄膜因压电效应而产生一感测信号。

Description

薄膜传感器
技术领域
本发明涉及一种薄膜传感器,特别涉及一种用于动作检测或用以检测应变、应力的薄膜传感器。
背景技术
目前市面上用以检测动作或变形的传感器多数采用机械式开关或者是微机电组件所制成,因此其构造相当复杂,且价格昂贵,而无法被广泛运用。
而且现有的各种传感器多数体积相当大,而不易设置在空间受到限制的物体上,而且也必须设置用以安装传感器的固定架或座体,因此导致使用上相当大的不便。
此外,市面上虽然有部分的薄膜传感器出现,然而该类型的薄膜传感器所运用的工艺技术相当复杂,也造成了无法降低价格,导致其用途受到限制。
由于以上原因,造成现有的传感器使用上的种种不便,故如何通过结构改良,以解决前述各项问题,已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种构造简单,成本低廉,且容易薄形化,能够安装于各种物体上的薄膜传感器。
本发明实施例提供一种薄膜传感器,其中包括:两薄膜基材,两所述薄膜基材分别具有一内侧面及一外侧面,两所述薄膜基材以所述内侧面彼此相对方式相互叠合;至少两导电层,至少两所述导电层分别设置于两所述薄膜基材的所述内侧面上;至少一压电薄膜,至少一所述压电薄膜设置于两所述薄膜基材的内侧面之间,至少一所述压电薄膜的两侧面分别通过导电胶黏合于两所述导电层相对于两所述薄膜基材的一侧面,使得所述压电薄膜的两侧面和两所述导电层的表面固定结合且实现电性连接;两所述薄膜基材分别设有至少一电路接点,每一所述薄膜基材的至少一所述电路接点分别和所述导电层电性连接;当所述薄膜传感器弯曲时,至少一所述压电薄膜能够随着两所述薄膜基材一起产生弯曲变形,并使得至少一所述压电薄膜因压电效应而产生一感测信号,至少一所述压电薄膜产生的所述感测信号经由两所述导电层传导至两所述薄膜基材上的所述电路接点。
本发明一优选实施例中,其中所述压电薄膜为具有压电特性的高分子聚合材料。
本发明一优选实施例中,其中所述压电薄膜为聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜。
本发明一优选实施例中,其中所述压电薄膜为聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、尼龙薄膜的其中之一。
本发明一优选实施例中,其中两所述薄膜基材为可挠性的高分子薄膜基材,两所述导电层为设置于所述薄膜基材的表面的金属层或金属氧化层。
本发明一优选实施例中,其中每一所述导电层分别包括:至少一接触电极部,及至少一导线部,其中至少一所述接触电极部设置于所述薄膜基材的内侧面和至少一所述压电薄膜对应的位置,且每一所述接触电极部的面积大于至少一所述压电薄膜的面积,用以供至少一所述压电薄膜的表面贴合于所述接触部的表面上;至少一所述导线部连接至少一所述接触电极部及至少一所述电路接点,用以使得至少一所述接触电极部和至少一所述电路接点相互导通。
本发明一优选实施例中,其中两所述薄膜基材呈长条状,两所述薄膜基材之间设置有多个所述压电薄膜,多个所述压电薄膜彼此相互间隔,且两所述导电层分别具有多个接触电极部,多个所述接触电极部的位置分别对应多个所述压电薄膜,多个所述接触电极部分别接触于多个所述压电薄膜的两侧面。
本发明一优选实施例中,其中每一所述接触电极部分别连接一所述导线部,且每一所述接触电极部所连接的所述导线部和另一所述接触电极部相连接的所述导线部彼此不相连接。
本发明一优选实施例中,其中两所述薄膜基材之间还设置有至少一薄膜压阻组件,至少一所述薄膜压阻组件的两侧面通过导电胶和两所述导电层黏合,并实现电性连接。
本发明一优选实施例中,其中所述薄膜基材为一柔性(软性)印刷电路板,所述导电层为设置于所述柔性印刷电路板上的导电线路。
本发明的有益效果在于其结构简单,且制造容易,因此使其价格低廉,且本发明的薄膜传感器能够被广泛运用于各种感测用途,且其构造能够容易黏贴安装于各种物品上,因此使其用途广泛,且极具使用弹性。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,然而说明书附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明薄膜传感器第一实施例的剖面构造示意图。
图2为本发明薄膜传感器第一实施例的局部放大平面构造示意图。
图3为本发明薄膜传感器第一实施例于承受弯曲状态的动作示意图。
图4为本发明薄膜传感器第一实施例的平面构造示意图。
图5为本发明薄膜传感器第二实施例的局部放大平面构造示意图。
图6为本发明薄膜传感器第三实施例的剖面构造示意图。
具体实施方式
〔第一实施例〕
如图1及图2所示,本发明提供一种具有可挠性,用以检测物体的弯曲、位移、或承受应力、应变等变化的薄膜传感器1。如图1所示,本发明薄膜传感器1包括两薄膜基材10、设置于薄膜基材10表面的至少两导电层20、以及多个压电薄膜30。
其中,两所述薄膜基材10为采用具有可挠性的高分子材料所制成,该实施例中,薄膜基材10为柔性印刷电路板,且所述导电层20为设置于柔性印刷电路板上的导电线路。特别说明,薄膜基材10及导电层20也可以采用其他方式制成,例如所述薄膜基材10可以采用各种类型的塑料或高分子材料制成,例如:PET、PP、尼龙等塑料薄膜,而所述导电层20则能够为采用电镀或印刷设置于薄膜基材10表面的金属层或导电材料。
所述薄膜基材10分别具有一内侧面及一外侧面,两薄膜基材10以内侧面彼此相对方式相互叠合,两所述导电层分别设置于两所述薄膜基材的所述内侧面上,且多个所述压电薄膜30分别设置于两所述导电层20之间,因此形成由薄膜基材10、导电层20、及压电薄膜30组合成的三明治状结构。
如图2所示,所述导电层20为设置于薄膜基材10内侧面上的图案化导体材料所构成,该实施例中,导电层20包括接触电极部21及导线部22。其中接触电极部21设置于薄膜基材10上的位置和压电薄膜30的位置相互对应,且各个接触电极部21的面积大于每一个压电薄膜30的面积,以使得各个压电薄膜30的两侧面能够完整地贴合于各个接触电极部21的表面。
该实施例中,压电薄膜30的两侧面通过导电胶31黏合于导电层20的接触电极部21相对于薄膜基材10的一侧面,因此使得压电薄膜30和导电层20固定黏合,且实现电性连接。
所述压电薄膜30采用具有压电特性的高分子材料制成,例如可选自聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟氯乙烯(PVDF)、尼龙等,因此当压电薄膜30受力产生变形时,能够于压电薄膜30的两侧表面产生正负相反的电荷,因此产生一感测信号,且所述压电薄膜30变形时产生的感测信号经由导电胶传导到贴附于压电薄膜30两侧面的导电层20。
在各种具有压电特性的聚合材料当中,优选者为聚偏二氟乙烯(PVDF),因此所述压电薄膜30优选实施中,为采用聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜材料制成。
如图4所示,该实施例中,薄膜基材10制作成长条状的构造,且于薄膜基材10的一端设置有至少一电路接点23,所述导电层20一端通过导线部22连接所述电路接点23。所述电路接点23能够用以连接信号处理芯片或感测电路,多个所述压电薄膜30受力变形产生感测信号后,所述感测信号能够通过导电层20的导线部22传导到所述电路接点23以及连接于电路接点23上的感测电路或信号处理芯片。
如图3所示,为本发明的薄膜传感器1受力弯曲时,两薄膜基材10产生弯曲,且设置于两基材之间的压电薄膜30也会随着一起产生弯曲,因此使得压电薄膜30内部材料承受压应力或拉应力。由于压电薄膜30产生应变时能够产生一感测信号,且压电薄膜30的两侧面通过导电胶31黏合于两导电层20的表面,因此压电薄膜30产生的感测信号能够经由导电胶31传递到导电层20,并且经由导电层20传递到设置于薄膜基材10上的电路接点23,所述感测信号再经由电路接点23传导到信号处理芯片或电路,因此使得薄膜传感器1承受弯曲应变的信号能够被信号处理芯片或感测电路检测出来。
当然,除了弯曲变形外,本发明的薄膜传感器1也能够被用以检测压力或重力负载,当薄膜传感器1的两侧面受到压迫时,设置于两基材之间的压电薄膜30也会产生压缩应变,而能够产生一感测信号,因此使得薄膜传感器1受到压力作用信号被检测出来。因此,本发明的薄膜传感器1具有下列特性,首先,本发明的薄膜传感器1的构造简单,因此制造成本相当低廉;而且本发明的薄膜传感器1具有可挠性,因此能够贴附或设置在多种形状的物体表面,故使其安装使用相当容易;再者,本发明的薄膜传感器1由薄膜材料制成,因此能够缩小体积,因此能够制造成各种尺寸的传感器,而应用在各种场合使用。
以下举例说明本发明薄膜传感器1的多种实际运用的实施例,例如:可将本发明的薄膜传感器1用作为检测弯曲动作的动作传感器,或者用作为检测弯曲应变或应力的传感器。当本发明的薄膜传感器1用作为弯曲动作传感器时,能够将本发明的薄膜传感器1黏贴于欲检测物体的弯曲动作产生处(例如:盖体或门板的铰接处,或连杆装置的枢接处),当欲检测物体产生弯曲动作时,便能够由薄膜传感器1产生一感测信号,而使得所述弯曲动作被检测出来。
本发明的薄膜传感器1也能够用以检测压应力或重量负荷的变化,例如:能够将本发明的薄膜传感器制作为一感压垫片,将该感压垫片设置于高架地板的支架和高架地板的接合处,当所述地板上有承载重物时,本发明的薄膜传感器1便能够检测到重量负荷的变化。
此外,本发明的薄膜传感器1也能够作为防伪或防拆标签,该实施例中,为将本发明的薄膜传感器1设计成为一可黏贴的标签,且黏贴在一包装容器或可拆卸物体的表面上,当所述包装容器或物体被拆卸时,本发明的薄膜传感器1便会受到拉扯,而产生感测信号,因此使得容器或物体被拆卸的信息被检测出来。
〔第二实施例〕
如图5所示,为本发明薄膜传感器1的第二实施例,本发明第二实施例的薄膜传感器1具有多个压电薄膜30,各个压电薄膜30以相互间隔方式排列设置于两薄膜基材10之间。且两薄膜基材10表面的导电层20分别具有多个接触电极部21,各个接触电极部21的位置对应多个压电薄膜30,且分别通过导电胶31黏合于多个压电薄膜30的两侧面。
本发明第二实施例的特点,在于每一个导电层20上的多个接触电极部21分别连接一导线部22,且各个接触电极部21所连接的导线部22彼此不连接,因此使得各个不同的接触电极部21彼此间相互独立,亦即当本发明的薄膜传感器1其中一压电薄膜30产生感测信号时,所述压电薄膜30所产生的感测信号仅会传导到和产生信号的压电薄膜30相对的接触电极部21,而不会传导到其他的接触电极部21。
因此第二实施例中的薄膜传感器1在使用时,仅有薄膜传感器1产生变形位置的压电薄膜30会产生感测信号,而且因各个薄膜传感器1所对应的接触电极部21是通过相互独立的导线部22传导感测信号,因此使得信号处理电路能够容易地识别出发出感测信号的压电薄膜30的位置,进而检测出薄膜传感器1产生变形的位置。
〔第三实施例〕
如图6所示,为本发明薄膜传感器1的第三实施例,本发明第三实施例的薄膜传感器1为在两薄膜基材10之间进一步设置一薄膜压阻组件40,所述薄膜压阻组件40具有和压电薄膜30近似的厚度及外型,且通过导电胶41黏合于两导电层20的表面。
所述薄膜压阻组件40采用压阻材料所制成,因此具有变形时会改变阻抗的特性,该实施例于多个压电薄膜30之间设置了至少一薄膜压阻组件40,将能够在薄膜传感器1产生变形时,通过薄膜压阻组件40改变阻抗,借此达到使得压电薄膜30产生的感测信号因阻抗变化而改变的目的。
〔实施例的可能技术效果〕
综上所述,本发明的有益效果在于其结构简单,且制造容易,因此使得本发明的薄膜传感器1的价格低廉,而能够被广泛运用。且本发明的薄膜传感器1能够被广泛运用于各种感测用途,且其构造能够容易黏贴安装于各种物品上,因此使其用途广泛,且极具使用弹性。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例,非因此局限本发明的权利要求,故凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化,均包含于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种薄膜传感器,其特征在于,包括:
两薄膜基材,两所述薄膜基材分别具有一内侧面及一外侧面,两所述薄膜基材以所述内侧面彼此相对方式相互叠合;
至少两导电层,至少两所述导电层分别设置于两所述薄膜基材的所述内侧面上;
至少一压电薄膜,至少一所述压电薄膜设置于两所述薄膜基材的内侧面之间,至少一所述压电薄膜的两侧面分别通过导电胶黏合于两所述导电层相对于两所述薄膜基材的一侧面,使得所述压电薄膜的两侧面和两所述导电层的表面固定结合且实现电性连接;
两所述薄膜基材分别设有至少一电路接点,每一所述薄膜基材的至少一所述电路接点分别和所述导电层电性连接;当所述薄膜传感器弯曲时,至少一所述压电薄膜能够随着两所述薄膜基材一起产生弯曲变形,并使得至少一所述压电薄膜因压电效应而产生一感测信号,至少一所述压电薄膜产生的所述感测信号经由至少两所述导电层传导至两所述薄膜基材上的所述电路接点。
2.如权利要求1所述的薄膜传感器,其特征在于,所述压电薄膜由具有压电特性的高分子聚合材料制成。
3.如权利要求2所述的薄膜传感器,其特征在于,所述压电薄膜为聚偏二氟乙烯薄膜。
4.如权利要求2所述的薄膜传感器,其特征在于,所述压电薄膜能够选自聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、尼龙薄膜的其中之一。
5.如权利要求1至4中任一项所述的薄膜传感器,其特征在于,两所述薄膜基材为可挠性的高分子薄膜基材,两所述导电层为设置于所述薄膜基材的表面的金属层或金属氧化层。
6.如权利要求5所述的薄膜传感器,其特征在于,每一所述导电层分别包括:至少一接触电极部,及至少一导线部,其中至少一所述接触电极部设置于所述薄膜基材的内侧面和至少一所述压电薄膜对应的位置,且每一所述接触电极部的面积大于至少一所述压电薄膜的面积,用以供至少一所述压电薄膜的表面贴合于所述接触电极部的表面上;至少一所述导线部连接至少一所述接触电极部及至少一所述电路接点,用以使得至少一所述接触电极部和至少一所述电路接点相互导通。
7.如权利要求6所述的薄膜传感器,其特征在于,两所述薄膜基材呈长条状,两所述薄膜基材之间设置有多个所述压电薄膜,多个所述压电薄膜彼此相互间隔,且至少两所述导电层分别具有多个接触电极部,多个所述接触电极部的位置分别对应多个所述压电薄膜,多个所述接触电极部分别接触于多个所述压电薄膜的两侧面。
8.如权利要求7所述的薄膜传感器,其特征在于,每一所述导电层分别具有多个所述接触电极部及多个所述导线部,每一所述接触电极部分别连接一所述导线部,且每一所述接触电极部所连接的所述导线部和另一所述接触电极部相连接的所述导线部彼此不相连接。
9.如权利要求8所述的薄膜传感器,其特征在于,两所述薄膜基材之间还设置有至少一薄膜压阻组件,至少一所述薄膜压阻组件的两侧面通过导电胶和两所述导电层黏合,并实现电性连接。
10.如权利要求9所述的薄膜传感器,其特征在于,所述薄膜基材为一柔性印刷电路板,所述导电层为设置于所述柔性印刷电路板上的导电线路。
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