CN111256882A - 一种新式无线无源柔性压力传感器 - Google Patents

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娄文涛
杨林
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Abstract

本发明公开了一种新式无线无源柔性压力传感器，包括介质基板和平面LC谐振回路，所述介质基板是PDMS基板，介质基板的上面设置有平面螺旋电感，以及平面叉指电容。本发明采用平面LC谐振回路与电容式传感器相结合，实现了压力传感器的无线无源测量方式，降低了功耗。采用三组叉指电容，提高了系统灵敏度。本发明的柔性压力传感器结构简单，易于加工。

Description

一种新式无线无源柔性压力传感器
技术领域
本发明涉及的是传感器领域，具体来说是一种新式的无线无源柔性压力传感器。
背景技术
随着传感器技术的不断发展，以人为本的电子技术的需求日益增加，因此柔性压力传感器在可穿戴设备、患者康复和生物医学假肢领域引起了广泛的关注，柔性压力传感器可嵌入衣物内部、包裹在皮肤表面、实时监测人体运动和健康状态。为了满足这些领域的应用，柔性压力传感器需要具备高的灵敏度、大的工作范围、和低成本、无线无源、低功耗等特征。
目前，根据传感原理的不同，柔性压力传感器主要分为电容式、电阻式和压电式三种。①电阻式：当传感器受到压力作用时，传感器的电阻值发生变化，主要有应变式和压阻式两种形式；②压电式：当传感器受到压力作用时，材料内部产生极化现象从而在材料的两个相对表面出现正负相反的电荷；③电容式：当传感器受到压力作用时，导致电容值发生改变。电阻式灵敏度低、抗干扰性差；压电式灵敏度高，但是工艺复杂；电容式制作简单，灵敏度高，但是无法实现无线无源测量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种新式无线无源柔性压力传感器，解决现有技术中普通的电容式压力传感器有线有源、功耗较高等问题。
本发明的技术方案为：
一种新式无线无源柔性压力传感器，包括介质基板和平面LC(电感与电容)谐振回路，所述介质基板是PDMS(聚二甲基硅氧烷)基板，介质基板的上面设置有平面螺旋电感，以及平面叉指电容，PDMS材料实现柔性特性，平面LC谐振回路实现无线无源测量。
所述介质基板为PDMS材料，其介电常数为2.8，损耗为10-3。
所述介质基板的长×宽×高＝28.2×28.2×0.3mm。
所述平面螺旋电感的内径×外径＝10×26.2mm。
所述平面叉指电容有三组，叉指电极长度×宽度＝2×0.2mm。
本发明有益效果：
1.本发明采用平面LC谐振回路与电容式传感器相结合，实现了压力传感器的无线无源测量方式，降低了功耗。
2.本发明采用三组叉指电容，提高了系统灵敏度。
3.本发明的柔性压力传感器结构简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的新式无线无源柔性压力传感器的结构示意图；
图2为实施例中新式无线无源柔性压力传感器的频率响应曲线；
其中：1-介质基板；2-平面螺旋电感；3-第一平面叉指电容；4-第二平面叉指电容；5-第三平面叉指电容。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的无线无源柔性压力传感器的结构如图1所示，采用常规制备方法及常规原材料进行制备。
介质基板是PDMS介质基板1，介质基板1的上表面设置有平面螺旋电感2以及三组叉指电容3、4、5；
所述介质基板1的长×宽×高＝28.2×28.2×0.3mm，采用的材料为PDMS，其介电常数为2.8，损耗为10-3。
平面螺旋电感2的匝数n＝10，内径×外径＝10×26.2mm，宽度wL＝0.5mm，电感之间的间距s＝0.3mm。
平面叉指电容3的电极对数n＝8，叉指电极长度×宽度＝2×0.2mm，电极间距gc＝0.3mm，电容两侧间距g＝2.3mm。
平面叉指电容4的电极对数n＝8，叉指电极长度×宽度＝2×0.2mm，电极间距gc＝0.3mm，电容两侧间距g＝2.3mm。
平面叉指电容5的电极对数n＝8，叉指电极长度×宽度＝2×0.2mm，电极间距gc＝0.3mm，电容两侧间距g＝2.3mm。
三组叉指电容中心之间的距离gd＝3.5mm。
上述平面LC谐振回路采用金属印刷而成，采用金、银、铜等常用金属材料，其厚度为0.02mm。
图2是本实施例中无线无源压力传感器仿真的频率响应曲线。图中包含三条曲线S11，分别为无外力作用、受到力F、受力2F。由反射曲线图可知，该传感器受到外力作用时，其谐振频率f发生变化(110.30Mhz-110.26MHz-110.13MHz)，可以用来对外力进行无线测量。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (5)

1.一种新式无线无源柔性压力传感器，其特征在于，包括介质基板和平面LC谐振回路，所述介质基板是PDMS基板，介质基板的上面设置有平面螺旋电感，以及平面叉指电容。
2.根据权利要求1所述新式无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述介质基板为PDMS材料，其介电常数为2.8，损耗为10-3。
3.根据权利要求1所述新式无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述介质基板的长×宽×高＝28.2×28.2×0.3mm。
4.根据权利要求1所述新式无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述平面螺旋电感的内径×外径＝10×26.2mm。
5.根据权利要求1所述新式无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述平面叉指电容有三组，叉指电极长度×宽度＝2×0.2mm。
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