CN110864736A - 柔性传感器应变及温度补偿方法和多感知集成传感器 - Google Patents

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CN110864736A CN201911157278.9A CN201911157278A CN110864736A CN 110864736 A CN110864736 A CN 110864736A CN 201911157278 A CN201911157278 A CN 201911157278A CN 110864736 A CN110864736 A CN 110864736A
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Abstract

本发明实施例提供柔性传感器应变及温度补偿方法和多感知集成传感器。方法包括：将检测电阻、补偿电阻和柔性或可拉伸基底组成柔性热敏式传感器，将惠斯通电桥和差分放大器组成反馈式差分调理电路；检测电阻和补偿电阻为热敏电阻；设置检测电阻的电阻值小于补偿电阻的电阻值；检测电阻用于检测周围介质的导热系数、流场和压力等；补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和温度变化，并对检测电阻进行补偿。本发明实施例通过热敏电阻的结构设计和检测电路的参数配置，保证柔性热敏式传感器在使用过程中能够对弯曲或拉伸引起的应变以及环境温度变化引起的温度漂移进行自动补偿，传感器和补偿元件的结构简单，应变和温度补偿为自动实现。

Description

柔性传感器应变及温度补偿方法和多感知集成传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及柔性传感器应变及温度补偿方法和多感知集成传感器。
背景技术
在传感器应用中，柔性热敏式传感器可以进行温度、热物性、流场、压力等测量，在各行各业都有广泛的应用需求。柔性热敏式传感器利用制备在柔性基底上的热膜/热线等热敏电阻元件对目标量进行测量，是一种结构简单、操作方便的方法。
热膜/热线等敏感元件是热敏电阻膜/丝，其电阻值和温度相关。通过电路施加电流，使热膜/热线产生焦耳热从而使其温度高于环境温度。当外界物质和热膜/热线接触时，二者之间会发生传导换热，带走热量，从而降低热膜/热线的温度，引起热膜/热线电阻值的变化，通过测量电阻值大小便可测量出材料导热系数的大小。类似地，当外界流体介质流过热膜/热线时，会因为二者之间的对流换热带走热量，从而降低热膜/热线的温度，通过测量电阻值大小便可测量出流体介质的流速大小。作为扩展地，在热膜/热线上放置一种功能材料，功能材料受到外界压力作用后产生挤压形变，引起材料的导热系数变化，进而改变了热膜/热线与材料之间的传导换热，从而改变热膜/热线的电阻阻值，通过测量电阻大小便可测量出压力大小。上述测量方式使得热敏式传感器具有对多种物理量感测的能力，同时具有结构简单的特点。
柔性热敏式传感器制备在柔性或可拉伸基底上，即可具有柔性、可弯折、可拉伸、自适应贴附表面等能力，比常规硬基底类传感器具有更广泛的应用。热膜/热线等热敏元件通常由金属材料或掺杂型半导体材料制备，该类型材料具有应变敏感特性，即电阻值随所受弯曲或拉伸应变而改变。同时，热敏式传感器的电阻值还受到环境温度的影响。因此，柔性热敏式传感器的使用，需要解决应变和环境温度对传感信号的影响问题。
现有的应变、温度补偿常常采用数字补偿方式，在传感器标定过程中测量出传感器在不同应变、温度下的一系列输出结果；在使用过程中，通过放置应变、温度传感器测量传感器受到的应变和环境温度值，对热膜/热线的输出进行数字补偿。现有方法需要复杂的标定手段，增加后端信号处理的复杂度，此外由于应力和温度传感器与热敏电阻为分体元件，所测量的应力和温度不能反映热敏电阻的原位应力和温度值，因此补偿能力有限。此外，现有传感器难以实现多感知原位集成。
发明内容
本发明实施例提供柔性传感器应变及温度补偿方法和多感知集成传感器，用以解决现有技术中针对应变和温度的补偿需要采用复杂的手段，且测量值不精确，导致补偿能力有限的缺陷，多感知集成传感器用以解决多感知难以原位集成的问题。
一方面，本发明实施例提供柔性传感器应变及温度补偿方法，包括：
检测电阻、补偿电阻、柔性或可拉伸基底、惠斯通电桥和差分放大器；
将所述检测电阻、所述补偿电阻和所述柔性或可拉伸基底组成柔性热敏式传感器，将所述惠斯通电桥和差分放大器组成反馈式差分调理电路；
设置所述检测电阻的电阻值小于所述补偿电阻的电阻值；
所述检测电阻用于检测周围介质的导热系数、流场和压力等；
所述补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和温度变化，并对所述检测电阻进行应变和温度补偿；
所述检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，所述补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻。
所述检测电阻RM与所述第一定值电阻RN串联，所述补偿电阻RC与所述第二定值电阻RD串联，并且RN/RD＝(αM﹒RM0)/(αC﹒RC0)，其中RM0和RC0分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在0℃下的电阻值，αM和αC分别为所述检测电阻和所述补偿电阻的电阻温度系数；
所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上满足(KM﹒εM)/(KC﹒εC)＝αM/αC，其中KM和KC分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上的电阻应变系数，εM和εC分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向的应变量；
所述第二桥臂还包括可调电阻RA，所述可调电阻RA与所述补偿电阻RC进行串联，用于调节所述检测电阻RM的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
优选地，所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC具有相同的电阻温度系数，并且RN/RD＝RM0/RC0；所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上具有相同的电阻应变系数，且应变相同。
优选地，所述检测电阻和所述补偿电阻为相同材料，在应变方向上具有几何相似结构，所述补偿电阻为所述检测电阻的等比例扩展。
优选地，所述检测电阻和所述补偿电阻均为薄膜电阻，并且具有相同的薄膜厚度。
另一方面，本发明实施例提供多感知集成传感器，包括：
第一柔性热敏式传感器、第二柔性热敏式传感器和多孔弹性材料；其中：
所述多孔弹性材料位于所述第一柔性热敏式传感器和所述第二柔性热敏式传感器之间；
所述第一柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料顶层；
所述第二柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料底层；
所述第一柔性热敏式传感器包括第一检测电阻、第一补偿电阻、第一柔性或可拉伸基底；所述第一柔性热敏式传感器和第一调理电路连接；所述第二柔性热敏式传感器包括第二检测电阻、第二补偿电阻、第二柔性或可拉伸基底，所述第二柔性热敏式传感器和第二调理电路连接；
所述第一检测电阻用于检测接触物质的导热系数；
所述第一补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述物质温度，并对所述第一检测电阻进行应变和温度补偿；
所述第二检测电阻用于检测压力；
所述第二补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述底层温度，并对所述第二检测电阻进行应变和温度补偿。
优选地，所述第一调理电路和第二调理电路均为反馈式差分调理电路，所述反馈式差分调理电路包括惠斯通电桥和差分放大器；其中，检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻；
所述第二桥臂还包括可调电阻，所述可调电阻与所述补偿电阻进行串联，用于调节所述检测电阻的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
优选地，所述第一调理电路和第二调理电路均为恒流调理电路、恒压调理电路和恒温差调理电路中的一种。
优选地，所述多孔弹性材料包含弹性基材、掺杂物颗粒和气孔。
本发明实施例提供的柔性传感器应变及温度补偿方法，通过热敏元件的结构设计和检测电路的参数配置，保证柔性热敏电阻类传感器在使用过程中能够对弯曲或拉伸引起的应变以及环境温度变化引起的温度漂移进行自动补偿，相比于传统方式，传感器和补偿元件的结构简单，应变和温度补偿为自动实现，不需要后续复杂处理，提高了补偿精度和测量效率。本发明提供的多感知集成传感器，集成了两个柔性热敏式传感器和一个多孔弹性材料，能够同时原位地测量接触物质的导热系数、物质温度、接触压力以及底层温度；结合两个反馈式差分调理电路，实现对应变和温度在检测单元上的自补偿；相比于现有的多物理量测量传感器，简化了传感器的结构和集成工艺，提高了传感器原位多物理量测量的集成度，且不需要后续复杂处理，提高了测量维度与测量效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的柔性热敏电阻传感器和反馈式差分调理电路示意图；
图2为本发明实施例提供的基于相似同心圆结构的自补偿式柔性热敏电阻传感器示意图；
图3为本发明实施例提供的多感知集成传感器示意图。
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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种对柔性热敏式传感器进行应变及温度补偿的方法，包含一种柔性热敏式传感器和一种反馈式差分调理电路，通过热敏元件的结构设计和检测电路的参数配置，保证柔性热敏式传感器在使用过程中能够对弯曲或拉伸引起的应变以及环境温度变化引起的温度漂移进行自动补偿。相比于传统方式，传感器和补偿元件的结构简单，应变和温度补偿为自动实现，不需要后续复杂处理，提高了补偿精度和测量效率。
本发明实施例提供柔性传感器应变及温度补偿方法，包括：
检测电阻、补偿电阻、柔性或可拉伸基底、惠斯通电桥和差分放大器；
将所述检测电阻、所述补偿电阻和所述柔性或可拉伸基底组成柔性热敏式传感器，将所述惠斯通电桥和差分放大器组成反馈式差分调理电路；
设置所述检测电阻的电阻值小于所述补偿电阻的电阻值；
所述检测电阻用于检测周围介质的导热系数、流场和压力等；
所述补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和温度变化，并对所述检测电阻进行应变和温度补偿；
所述检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，所述补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻。
具体地，如图1所示，柔性热敏电阻传感器1-1，包括检测电阻(记作RM)、补偿电阻(记作RC)和柔性基底S，该柔性基底为柔性或可拉伸基底，检测电阻的电阻值小于补偿电阻的电阻值，检测电阻用于检测周围介质的导热系数、流场、压力等，补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和温度变化并对检测电阻进行补偿。
柔性基底S可采用柔性聚合物材料制备，如聚酰亚胺(PI)薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜等。导线及焊盘W用于电气连接和信号输入/输出，可采用铜、金等电阻率较小的材料制备，加工方法可采用标准柔性印刷电路、微加工镀膜等工艺制备。
反馈式差分调理电路1-2包括惠斯通电桥1-2-1和差分放大器1-2-2，柔性热敏式传感器的检测电阻RM和补偿电阻RC构成惠斯通电桥1-2-1的两个桥臂，即第一桥臂和第二桥臂。
另外，检测电阻RM和补偿电阻RC构成所述惠斯通电桥的两个桥臂，惠斯通电桥1-2-1的另外两个桥臂，即第三桥臂和第四桥臂分别含有一个定值电阻RN和RD，这两个定值电阻为电桥的配平电阻。
所述检测电阻RM与所述第一定值电阻RN串联，所述补偿电阻RC与所述第二定值电阻RD串联，并且RN/RD＝(αM﹒RM0)/(αC﹒RC0)，其中RM0和RC0分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在0℃下的电阻值，αM和αC分别为所述检测电阻和所述补偿电阻的电阻温度系数；
所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上满足(KM﹒εM)/(KC﹒εC)＝αM/αC，其中KM和KC分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上的电阻应变系数；
所述第二桥臂还包括可调电阻RA，所述可调电阻RA与所述补偿电阻RC进行串联，用于调节所述检测电阻RM的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
具体地，定值电阻RN和检测电阻RM串联，定值电阻RD和补偿电阻RC串联，且RN/RD＝(αM﹒RM0)/(αC﹒RC0)，其中RM0和RC0分别为检测电阻RM和补偿电阻RC在0℃下的电阻值，αM和αC分别为检测电阻和补偿电阻的电阻温度系数，电阻温度系数定义为：单位温度变化引起的电阻变化率。
检测电阻RM和补偿电阻RC在应变方向上满足(KM﹒εM)/(KC﹒εC)＝αM/αC，其中KM和KC分别为检测电阻RM和补偿电阻RC在应变方向上的电阻应变系数，电阻应变系数定义为：单位应变引起的电阻变化率，εM和εC分别为检测电阻RM和补偿电阻RC在应变方向的应变量。
惠斯通电桥还包括与补偿电阻RC串联的可调电阻RA，用于调节所述检测电阻RM的工作温度。
另外，如图1所示，惠斯通电桥1-2-1的两桥臂的输出节点，即第一桥臂与第三桥臂的连接点U1，以及第二桥臂与第四桥臂的连接点U2，分别连接至差分放大器1-2-2的两个输入端，差分放大器1-2-2的输出端U连接至惠斯通电桥1-2-1的桥顶，构成闭环反馈电路。本发明通过采用自补偿式柔性热敏电阻传感器和反馈式差分调理电路，检测电阻能够测量导热系数、流场，补偿电阻能够测量弯曲应力和环境温度，利用反馈式差分调理电路可以实现柔性传感器在实际使用中对弯曲应力和环境温度的补偿；提高了系统集成度，从传感源头实现了应力和温度的自补偿，增强了测量的信噪比。
基于上述任一实施例，所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC具有相同的电阻温度系数，并且RN/RD＝RM0/RC0；所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上具有相同的电阻应变系数，且应变相同。
基于上述任一实施例，所述检测电阻和所述补偿电阻为相同材料，在应变方向上具有几何相似结构，所述补偿电阻为所述检测电阻的等比例扩展。
其中，所述检测电阻和所述补偿电阻均为薄膜电阻，并且具有相同的薄膜厚度。
具体地，检测电阻RM和补偿电阻RC优选为薄膜电阻，可采用如镍、铜、铂等电阻温度系数较高的材料制备，加工方法可采用电子束蒸镀、磁控溅射、打印等薄膜沉积工艺；检测电阻RM和补偿电阻RC所用的材料和工艺优选为相同，使得二者具有相同的电阻温度系数和电阻应变系数。
检测电阻RM和补偿电阻RC优选为具有相同的薄膜厚度，所述检测电阻RM的电阻值小于补偿电阻RC的电阻值，如后者为前者的5～10倍，在相同电压作用下，检测电阻具有较大电功率，因此被电加热，使得检测电阻的工作温度高于环境温度，而补偿电阻具有较小电功率，基本不发热，因此，补偿电阻的工作温度与环境温度相同；优选地，检测电阻RM和补偿电阻RC的形状在应变方向上具有几何相似关系，补偿电阻RC是检测电阻RM的等比例拓展，如图1所示补偿电阻RC和检测电阻RM都为长条形结构，具有相同的宽度，但补偿电阻RC的长度是检测电阻RM的5倍以上。本发明实施例还提供另一种检测电阻RM和补偿电阻RC的基于相似同心圆结构组合方式，如图2所示，本发明实施例不限定其具体的形状和组合方式。
本发明实施例通过提供的自补偿式柔性热敏电阻传感器集成了两个具有相同电阻温度系数和电阻应变系数的热敏膜或热敏丝，两个热敏电阻具有形状上的几何相似性，使得两个热敏电阻在传感器弯曲或拉伸时具有相同的应变；结合电阻配置方法的反馈式差分调理电路，实现对弯曲或拉伸应变和环境温度在检测单元上的自补偿，保证传感目标信号不受应变和环境温度影响。
本发明实施例还提供多感知集成传感器，包括：
第一柔性热敏式传感器、第二柔性热敏式传感器和多孔弹性材料；其中：
所述多孔弹性材料位于所述第一柔性热敏式传感器和所述第二柔性热敏式传感器之间；
所述第一柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料顶层；
所述第二柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料底层；
所述第一柔性热敏式传感器包括第一检测电阻、第一补偿电阻、第一柔性或可拉伸基底；所述第一柔性热敏式传感器和第一调理电路连接；所述第二柔性热敏式传感器包括第二检测电阻、第二补偿电阻、第二柔性或可拉伸基底，所述第二柔性热敏式传感器和第二调理电路连接；
所述第一检测电阻用于检测接触物质的导热系数；
所述第一补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述物质温度，并对所述第一检测电阻进行应变和温度补偿；
所述第二检测电阻用于检测压力；
所述第二补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述底层温度，并对所述第二检测电阻进行应变和温度补偿。
具体地，如图3所示，多感知集成传感器包括顶层的第一柔性热敏式传感器Se，中部的多孔弹性材料3-1，以及底层的第二柔性热敏式传感器Sc。
可以理解的是，多感知集成传感器与外界物质接触并产生压力作用时，所述顶层的第一柔性热敏式传感器Se与外界物质接触，顶层柔性热敏式传感器的检测电阻与外界物质之间产生传导换热，检测电阻的温度改变并将自身温度转换为电阻值的变化，通过测量检测电阻的电阻值大小可测量出材料导热系数；顶层柔性热敏式传感器的补偿电阻用于检测外界物质温度并对顶层检测电阻进行补偿；同时，所述多孔弹性材料3-1受到外界压力作用后产生挤压形变，引起材料的导热系数变化，进而改变多孔弹性材料与所述底层第二热敏式传感器Sc的检测电阻之间的传导换热，底层柔性热敏式传感器的检测电阻温度改变，并将自身温度转换为电阻值的变化，通过测量电阻大小便可测量出压力大小，底层柔性热敏式传感器的补偿电阻用于检测底部温度并对底部检测电阻进行补偿。
基于上述实施例，第一柔性热敏式传感器和第二柔性热敏式传感器分别与两个反馈式差分调理电路连接并一起工作。
第一柔性热敏式传感器包括检测电阻、补偿电阻和柔性或可拉伸基底。所述第一柔性热敏式传感器置于所述多孔弹性材料之上，当外界物质与第一柔性热敏式传感器接触时，第一柔性热敏式传感器的检测电阻与外界物质之间产生传导换热，带走热量，从而降低第一柔性热敏式传感器的检测电阻的温度，引起其电阻值的变化，通过测量检测电阻的电阻值大小便可测量出外界物质导热系数的大小，通过物质导热系数还可以识别物质种类；第一柔性热敏式传感器的补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和外界物质温度并对检测电阻进行补偿。第一柔性热敏式传感器和反馈式差分调理电路一起工作。
第二柔性热敏式传感器包括检测电阻、补偿电阻和柔性或可拉伸基底。第二柔性热敏式传感器置于多孔弹性材料之下，在外界压力作用时，多孔弹性材料产生形变而引起多孔弹性材料的导热系数变化，进而改变第二柔性热敏式传感器的检测电阻与多孔弹性材料之间的传导换热，从而改变第二柔性热敏式传感器的检测电阻的电阻值，通过测量第二柔性热敏式传感器的检测电阻大小便可测量出压力大小。第二柔性热敏式传感器的补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和底部温度并对第二柔性热敏式传感器的检测电阻进行补偿。第二柔性热敏式传感器和所述反馈式差分调理电路一起工作。
本发明实施例利用柔性热敏式传感器组合形成的多感知集成传感器，包含了顶层、底层两个柔性热敏式传感器和多孔弹性材料，以及相应的反馈式差分调理电路，能够同时原位地测量外界物质导热系数、外界物质温度、外界压力和底部温度，简化了传感器的结构和集成工艺，提高了传感器原位多物理量测量的集成度，且不需要后续复杂处理，提高了测量维度与测量效率。
基于上述实施例，所述第一调理电路和第二调理电路均为反馈式差分调理电路，所述反馈式差分调理电路包括惠斯通电桥和差分放大器；其中，检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻；
所述第二桥臂还包括可调电阻，所述可调电阻与所述补偿电阻进行串联，用于调节所述检测电阻的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
基于上述实施例，所述第一调理电路和第二调理电路均为恒流调理电路、恒压调理电路和恒温差调理电路中的一种。
所述恒流调理电路、或恒压调理电路、或恒温差调理电路为热敏式传感器的常用调理电路。
具体地，本发明实施例中的第一调理电路和第二调理电路将所述检测电阻加热，使检测电阻的工作温度高于周围环境温度，由此检测电阻与周围介质产生传导或对流换热。其中，加热方式可以是恒定电流加热，即恒流调理，也可以是恒定电压加热，即恒压调理，也可以是通过反馈控制方式实现的恒定温度加热，即恒温差调理等，本发明实施例中对此不作具体限定。
基于上述任一实施例，所述多孔弹性材料包含弹性基材、掺杂物颗粒和气孔。
具体地，如图3所示，多孔弹性材料3-1包含弹性基材E、掺杂物颗粒M和气孔H，弹性基材E可采用柔性聚合物材料制备，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、Ecoflex等；掺杂物颗粒M，可采用金属或非金属纳米材料制备，如纳米金属颗粒、纳米线、石墨烯等；所述气孔H，可采用糖、盐、一水柠檬酸等颗粒结合牺牲模板法制备。
弹性基材E用于保证多孔弹性材料3-1的弹性，掺杂物颗粒M用以改善多孔弹性材料3-1的导热系数，气孔H用于保证多孔弹性材料3-1的多孔结构；多孔弹性材料3-1受到外界压力作用后产生形变，引起材料的导热系数变化。
或者，多孔弹性材料3-1由上层材料和下层材料组合而成，上层材料为绝热或者具有良好隔热性能的材料，用于将顶层柔性热敏式传感器与底层柔性热敏式传感器的热传导隔开，多孔弹性材料3-1的下层材料包含弹性基材E、掺杂物颗粒M和气孔H，下层材料结合底层柔性热敏式传感器构成柔性压力传感器。
本发明实施例利用柔性热敏式传感器组合形成的多感知集成传感器集成了两个柔性热敏式传感器和一个多孔弹性材料，能够同时原位地测量外界物质导热系数(物质种类)、外界物质温度、压力以及底部温度；结合两个反馈式差分调理电路，实现对应变和温度在检测单元上的自补偿；相比于现有的多物理量测量传感器，简化了传感器的结构和集成工艺，提高了传感器原位多物理量测量的集成度，且不需要后续复杂处理，提高了测量维度与测量效率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.柔性传感器应变及温度补偿方法，其特征在于，包括：
检测电阻、补偿电阻、柔性或可拉伸基底、惠斯通电桥和差分放大器；
将所述检测电阻、所述补偿电阻和所述柔性或可拉伸基底组成柔性热敏式传感器，将所述惠斯通电桥和差分放大器组成反馈式差分调理电路；
设置所述检测电阻的电阻值小于所述补偿电阻的电阻值；
所述检测电阻用于检测周围介质的导热系数、流场和压力等；
所述补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和温度变化，并对所述检测电阻进行应变和温度补偿；
所述检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，所述补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻；
所述检测电阻RM与所述第一定值电阻RN串联，所述补偿电阻RC与所述第二定值电阻RD串联，并且RN/RD＝(αM﹒RM0)/(αC﹒RC0)，其中RM0和RC0分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在0℃下的电阻值，αM和αC分别为所述检测电阻和所述补偿电阻的电阻温度系数；
所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上满足(KM﹒εM)/(KC﹒εC)＝αM/αC，其中KM和KC分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上的电阻应变系数，εM和εC分别为所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向的应变量；
所述第二桥臂还包括可调电阻RA，所述可调电阻RA与所述补偿电阻RC进行串联，用于调节所述检测电阻RM的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
2.根据权利要求1所述的柔性传感器应变及温度补偿方法，其特征在于，所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC具有相同的电阻温度系数，并且RN/RD＝RM0/RC0；所述检测电阻RM和所述补偿电阻RC在应变方向上具有相同的电阻应变系数，且应变相同。
3.根据权利要求2所述的柔性传感器应变及温度补偿方法，其特征在于，所述检测电阻和所述补偿电阻为相同材料，在应变方向上具有几何相似结构，所述补偿电阻为所述检测电阻的等比例扩展。
4.根据权利要求1所述的柔性传感器应变及温度补偿方法，其特征在于，所述检测电阻和所述补偿电阻均为薄膜电阻，并且具有相同的薄膜厚度。
5.多感知集成传感器，其特征在于，包括：
第一柔性热敏式传感器、第二柔性热敏式传感器和多孔弹性材料；其中：
所述多孔弹性材料位于所述第一柔性热敏式传感器和所述第二柔性热敏式传感器之间；
所述第一柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料顶层；
所述第二柔性热敏式传感器位于所述多孔弹性材料底层；
所述第一柔性热敏式传感器包括第一检测电阻、第一补偿电阻、第一柔性或可拉伸基底；所述第一柔性热敏式传感器和第一调理电路连接；所述第二柔性热敏式传感器包括第二检测电阻、第二补偿电阻、第二柔性或可拉伸基底，所述第二柔性热敏式传感器和第二调理电路连接；
所述第一检测电阻用于检测接触物质的导热系数；
所述第一补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述物质温度，并对所述第一检测电阻进行应变和温度补偿；
所述第二检测电阻用于检测压力；
所述第二补偿电阻用于检测弯曲或拉伸引起的应变和所述底层温度，并对所述第二检测电阻进行应变和温度补偿。
6.根据权利要求5所述的多感知集成传感器，其特征在于，所述第一调理电路和第二调理电路均为反馈式差分调理电路，所述反馈式差分调理电路包括惠斯通电桥和差分放大器；其中，检测电阻构成所述惠斯通电桥的第一桥臂，补偿电阻构成所述惠斯通电桥的第二桥臂，所述惠斯通电桥的第三桥臂包括第一定值电阻，所述惠斯通电桥的第四桥臂包括第二定值电阻；
所述第二桥臂还包括可调电阻，所述可调电阻与所述补偿电阻进行串联，用于调节所述检测电阻的工作温度；
所述第一桥臂与所述第三桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第一输入端，所述第二桥臂与所述第四桥臂的连接点作为所述差分放大电路的第二输入端，所述差分放大器的输出端连接至所述惠斯通电桥的桥顶，构成闭环反馈电路。
7.根据权利要求5所述的多感知集成传感器，其特征在于，所述第一调理电路和第二调理电路均为恒流调理电路、恒压调理电路和恒温差调理电路中的一种。
8.根据权利要求5所述的多感知集成传感器，其特征在于，所述多孔弹性材料包含弹性基材、掺杂物颗粒和气孔。
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