CN112161738A - 气压传感器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压传感器及制作方法。气压传感器包括：导电纤维束，包括若干导电纤维丝，导电纤维丝之间存在空隙，导电纤维束设置在电路板上；密封组件，用于封装导电纤维束；检测组件，用于检测导电纤维束的阻值，包括电路板、数据采集装置和至少两个电极；设置于腔体内的导电纤维束的横截面根据腔体内外气压差的变化而产生形变。制作方法包括：将导电纤维束安装在电路板上；将导电纤维束与检测组件连接；使用密封组件将导电纤维束封装，形成腔体；将腔体在真空条件下固化。腔体内有密闭环境，因此腔体内外存在气压差，导电纤维束的横截面根据气压差的变化而产生形变。通过导电纤维束的形变就能判断腔体内外的气压差，设计简单，操作方便。

Description

气压传感器及制作方法

技术领域

本发明涉及气体压力检测技术领域，特别涉及一种气压传感器及制作方法。

背景技术

如今，气压传感器已逐渐出现在人们的日常生活中。如应用于可穿戴人体监测设备，给出人体健康提示；融合其他传感器，实现无人机3D定位，稳定悬停等。

在相关技术中，通常使用石墨烯薄膜这一压敏材料作为判断气压变化的依据。但是石墨烯薄膜加工难度较高，且石墨烯薄膜是根据自身长度延展的程度来表现出气压变化，较容易损坏，且不耐撞击。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气压传感器及制作方法，耐撞击，承受能力强，不易损坏。

第一方面，本发明的一些实施例提出了一种气压传感器，包括：

导电纤维束，所述导电纤维束包括若干导电纤维丝，所述导电纤维丝之间存在空隙，所述导电纤维束设置在电路板上；

密封组件，所述密封组件包括密封膜和密封胶，所述密封组件用于封装所述导电纤维束；

检测组件，所述检测组件包括所述电路板、数据采集装置和至少两个电极，所述电极设置在所述电路板上，所述电极分别与所述导电纤维束的两端的同一侧连接，所述电路板与所述数据采集装置连接，所述检测组件用于检测所述导电纤维束的阻值；

腔体，所述导电纤维束和所述电路板设置于所述腔体内，所述导电纤维束的横截面根据所述腔体内外气压差的变化而产生形变。

根据本发明第一方面实施例的气压传感器，至少具有如下有益效果：将所述导电纤维束设置在所述电路板上，用密封组件封装所述导电纤维束；所述导电纤维束和所述检测组件设置于所述腔体内。由于所述腔体内存在密闭环境，因此腔体内外存在气压差，所述导电纤维束由若干导电纤维丝组成，而所述导电纤维丝之间存在空隙，空隙的大小根据腔体内外气压差的改变而改变，即所述导电纤维束的横截面根据气压差的变化而产生变化，相比于相关技术中以自身长度延展程度作为气压变化判断依据的压敏材料，本发明使用的压敏材料承受能力更强，不易损坏。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述导电纤维束的横截面根据气压差的变化而产生形变，具体为：当所述腔体内气压大于所述腔体外气压，所述导电纤维丝之间的空隙变大，所述导电纤维束产生膨胀形变；当所述腔体内气压小于所述腔体外气压，所述导电纤维丝之间的空隙变小，所述导电纤维束产生压缩形变。导电纤维束的横截面能够根据外界气压的变化而发生相应的形变，从而能够清楚地判断出当前腔体内外气压差的情况。

根据本发明第一方面的一些实施例，当所述导电纤维束产生膨胀形变，所述导电纤维束阻值变大；当所述导电纤维束产生压缩形变，所述导电纤维束阻值变小。根据导电纤维束阻值的变化，能够清楚地了解当前腔体内外的气压差。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述导电纤维束为若干导电碳纤维束。使用导电纤维束作为导电纤维束，更加耐撞击，且成本较低。

第二方面，本发明的一些实施例中提出了一种气压传感器的制作方法，应用于气压传感器，所述气压传感器包括：导电纤维束、电路板、检测组件，腔体以及密封组件。所述方法包括以下步骤：

将所述导电纤维束安装在所述电路板上；

将所述导电纤维束与所述检测组件连接；

使用所述密封组件将所述导电纤维束进行封装，形成腔体；

将所述腔体在真空条件下进行固化。

根据本发明第二方面实施例的气压传感器的制作方法，至少具有如下有益效果：

将所述导电纤维束安装在所述电路板上，将所述导电纤维束与所述检测组件连接，使用所述密封组件将所述导电纤维束进行封装，将所述腔体在真空条件下进行固化。制作出的气压传感器设计简单，操作方便，且成本较低。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述将所述腔体在真空条件下进行固化，包括但不限于以下步骤：将所述腔体放置在温度至少为90度的真空环境下，固化至少1.5小时。按照设定的条件对产品进行固化，保证产品具有良好的气密性。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述将所述导电纤维束安装在所述电路板上，包括：使用粘性混合物将所述导电纤维束粘附在所述电路板上。将导电纤维束粘附在电路板上，形成良好的电接触，以避免导电纤维束脱落，接触不良，器件稳定性差。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述将所述导电纤维束安装在所述电路板上，包括：使用螺钉结构将导电纤维束固定在所述电路板上。将导电纤维束通过螺钉结构固定在电路板上，实现了导电纤维束的可拆卸功能，便于导电纤维束的替换。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述气压传感器的制作方法还包括：在完成所述固化后，进行密封性测试。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述气压传感器的制作方法还包括：将所述导电纤维束进行超声波清洗。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述气压传感器的制作方法还包括：将检测组件检测到的导电纤维束的阻值变化情况与所述腔体外的气压值变化情况建立对应关系。在经过大量样本情况的统计后，能够直接通过导电纤维束的电阻值得到当前外界环境的气压值，简单方便。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器的结构示意图；

图2为本发明第一方面的一些实施例中外界气压与导电纤维束形变程度的关系图；

图3为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器另一视角的结构示意图；

图4为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束的安装结构图；

图5为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束的另一安装结构图；

图6为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束的另一安装结构图；

图7为本发明第二方面的一些实施例的气压传感器的制作方法的流程图；

图8为本发明第二方面的一些实施例中导电纤维束安装方法的流程图；

图9为本发明第二方面的一些实施例中导电纤维束的另一安装方法的流程图；

图10为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图；

图11为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图；

图12为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图。

附图标号如下：

导线110；电路板120；密封组件130；导电纤维束140；电极150。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1和图3所示，图1为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器的结构示意图，图3为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器另一视角的结构示意图。在本发明的一些实施例中，气压传感器包括：导电纤维束140，导电纤维束140安装在电路板120上；密封组件130，用于封装导电纤维束140；检测组件，用于检测导电纤维束140的电阻值。导电纤维束140和电路板120设置在腔体内。导电纤维束140包括若干导电纤维丝，导电纤维丝之间存在空隙，空隙的大小根据腔体内外气压差改变而发生改变，即导电纤维束140的横截面根据腔体内外气压差的大小发生不同程度的变化，从而判断出当前腔体内外的气压差，并通过检测组件得出当前外界环境的气压值，设计简单，操作方便。

如图2所示，图2为本发明第一方面的一些实施例中外界气压与导电纤维束140形变程度的关系图。在本发明的一些实施例中，当腔体内气压大于腔体外气压，导电纤维丝之间的空隙变大，导电纤维束140产生膨胀形变，此时导电纤维束140电阻值增大；当腔体内气压小于腔体外气压，导电纤维丝之间的空隙变小，导电纤维束140产生压缩形变，此时导电纤维束140电阻值减小。需要说明的是，在外界环境为标准大气压的情况下，腔体内气压略低于标准大气压。即在初始状态下，导电纤维束140存在一个预压初始形变，该初始形变的存在为后续气压的检测提供了基础。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，导电纤维束140是由多根导电纤维丝组成的疏松结构，导电纤维丝之间空隙的大小根据腔体内外的气压差变化而发生变化。初始状态下，仅有部分导电纤维丝与电极150接触，当腔体内外气压差发生变化，导电纤维丝之间的空隙也相应发生变化，使粘附在电极150上的导电纤维丝的数量发生改变，从而改变导电纤维束140的阻值。电流从一端的电极150进入，流经与电极150接触的导电纤维丝，从另一端的电极150流出。

在本发明的一些实施例中，选择使用导电碳纤维束作为导电纤维束140。导电碳纤维束具有疏松多孔的结构，容易发生形变，并且具有良好的回弹性，在外界气压恢复后能恢复原状。且不易损坏，增加了产品的使用期限。需要说明的是，本发明还可采用其他具有疏松多孔结构，能够发生微型变，且具有良好回弹性的材料作为导电纤维束140，本发明不对此做任何限制。

在本发明的一些实施例中，使用了形状为棒状的导电纤维束140。棒状的形状使得导电纤维束140材质更加均匀，更有利于电阻的检测。但是，其他形状的导电纤维束140同样能够实现电阻的检测，例如类似长方体的形状。本发明不对导电纤维束140的形状做任何限制。

在本发明的一些实施例中，腔体是由密封组件130与电路板120形成的半包围结构。密封组件130将导电纤维束140与电路板120上的部分电路进行封装，而电路板120的底部仍暴露在外界环境中。气压检测要用到的组件均被密封，保证了气压传感器的气密性，且制作成本较低。

在本发明的另一些实施例中，腔体是由密封组件130构成的全包围结构。密封组件130将导电纤维束140以及电路板120整个部分进行封装，严格保证了气压传感器的气密性。需要说明的是，腔体的包围程度只要做到能够使导电纤维束140所处环境的气压与外界环境气压不同即可，本发明不对其做具体限制。

在本发明的一些实施例中，选择了柔性电路板120作为气压传感器的基底。使用柔性电路板120作为气压传感器的零部件，使得气压传感器更加贴合人体，更好地应用于可穿戴设备以及集成在电子皮肤上，实现多传感器融合，感知更为丰富的外界信息。

在本发明的一些实施例中，使用密封膜和密封胶作为密封组件130。密封膜包裹形成腔体，密封胶设置在密封膜与电路板120的接触位置上，保证了腔体的气密性。本发明所使用的密封组件130，能够做到使腔体密封即可，本发明不对密封组件130的选材做具体限制。

如图4所示，图4为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束140的安装结构图。在本发明的一些实施例中，使用了一段导电碳纤维束作为导电纤维束140。两个电极150分别设置在导电纤维束140的两端侧面，检测电流经导线110由一端的电极150进入，经过导电纤维束140后，从另一端的电极150处经导线110离开。检测电流至少两次流经导电纤维束140的横截面，实现了对气压的检测。

如图5和图6所示，图4为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束140的安装结构图，图5为本发明第一方面的一些实施例的气压传感器中导电纤维束140的另一安装结构图。在本发明的一些实施例中，使用至少两段导电碳纤维束作为导电纤维束140。至少设置有三个电极150，其中一个电极150设置在两段导电纤维束140的连接处，相对的，另两个电极150分别设置在两段导电纤维束140的一端。检测电流经导线110从一端的电极150进入第一段导电纤维束140，通过位于两段导电纤维束140连接处的电极150进入第二段导电纤维束140，最后从第二段导电纤维束140的一端经导线110离开。通过改变电极150的数量以及导电纤维束140的数量，使检测电流至少两次流经导电纤维束140的横截面，数量的增加使得气压传感器的灵敏度更高。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，电极150的数量和导电纤维束140的数量并不限于上述描述的数量。只要能保证检测电流能够至少两次流经导电纤维束140，就能够通过检测得到外界环境的气压值。

如图7所示，图7为本发明第二方面的一些实施例的气压传感器的制作方法的流程图。在本发明的一些实施例中，气压传感器的制作方法应用于气压传感器，气压传感器包括：导电纤维束140、电路板120、检测组件，腔体以及密封组件130。上述方法包括以下步骤：

步骤S110：将导电纤维束140安装在电路板120上；

步骤S120：将导电纤维束140与检测组件连接；

步骤S130：使用密封组件130将导电纤维束140进行封装，形成腔体；

步骤S140：将腔体在真空条件下进行固化。

将导电纤维束140安装在电路板120上，将导电纤维束140通过导线110与检测组件连接，使用密封组件130将导电纤维束140进行封装，将腔体放置在真空条件下进行固化。制作出的气压传感器设计简单，操作方便，且成本较低。

在本发明的一些实施例中，步骤S140的具体过程为：将腔体放置在至少为90度的真空条件下，进行1.5小时以上的固化。固化的目的是为了使腔体拥有良好的气密性，若固化的环境达不到上述条件，则可能导致气压传感器密封性较差。

如图8所示，图8为本发明第二方面的一些实施例中导电纤维束140安装方法的流程图。在本发明的一些实施例中，步骤S110包括步骤S210：使用粘性混合物将导电纤维束140粘附在电路板120上。使用粘性混合物进行固定，使导电纤维束140与电路板120之间的连接更加牢固，不易脱落，保证了检测的可靠性。

如图9所示，图9为本发明第二方面的一些实施例中导电纤维束140的另一安装方法的流程图。在本发明的一些实施例中，步骤S110包括步骤S220：使用螺钉结构将导电纤维束140固定在电路板120上。使用螺钉结构对导电纤维束140进行固定，使得导电纤维束140成为可拆卸的零件，便于气压传感器的维修，节约了成本。

如图10所示，图10为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图。在本发明的一些实施例中，气压传感器的制作方法还包括步骤S230：在固化结束后，进行密封性测试。对固化后的气压传感器进行密封性测试，确保了气压传感器的气密性，提高产品质量。

如图11所示，图11为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图。在本发明的一些实施例中，气压传感器的制作方法还包括步骤S240：将导电纤维束140进行超声波清洗。在制作气压传感器之前，将准备好的导电纤维束140进行超声波清洗，使得检测的结果更加准确。

如图12所示，图12为本发明第二方面的一些实施例中气压传感器的制作方法的流程图。在本发明的一些实施例中，气压传感器的制作方法还包括S250：将检测组件检测到的导电纤维束140的阻值变化情况与腔体外的气压值变化情况建立对应关系。将导电纤维束140的阻值与腔体外的气压值进行一一对应，由于在确定的外界气压下，导电纤维束140的电阻值确定，在经过大量的数据收集之后，可直接根据导电纤维束140的电阻值得到当前外界环境的气压值。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下，作出各种变化。

Claims (10)

1.一种气压传感器，其特征在于，包括：

导电纤维束，所述导电纤维束包括若干导电纤维丝，所述导电纤维丝之间存在空隙，所述导电纤维束设置在电路板上；

密封组件，所述密封组件包括密封膜和密封胶，所述密封组件用于封装所述导电纤维束；

检测组件，所述检测组件包括所述电路板、数据采集装置和至少两个电极，所述电极设置在所述电路板上，所述电极分别与所述导电纤维束的两端的同一侧连接，所述电路板与所述数据采集装置连接，所述检测组件用于检测所述导电纤维束的阻值；

腔体，所述导电纤维束和所述电路板设置于所述腔体内，所述导电纤维束的横截面根据所述腔体内外气压差的变化而产生形变。

2.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述导电纤维束的横截面根据气压差的变化而产生形变，具体为：当所述腔体内气压大于所述腔体外气压，所述导电纤维丝之间的空隙变大，所述导电纤维束产生膨胀形变；当所述腔体内气压小于所述腔体外气压，所述导电纤维丝之间的空隙变小，所述导电纤维束产生压缩形变。

3.根据权利要求2所述的气压传感器，其特征在于，当所述导电纤维束产生膨胀形变，所述导电纤维束阻值变大；当所述导电纤维束产生压缩形变，所述导电纤维束阻值变小。

4.根据权利要求3所述的气压传感器，其特征在于，所述导电纤维束为若干导电碳纤维束。

5.一种气压传感器的制作方法，应用于气压传感器，所述气压传感器包括：导电纤维束、电路板、检测组件、腔体以及密封组件，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将所述导电纤维束安装在所述电路板上；

将所述导电纤维束与所述检测组件连接；

使用所述密封组件将所述导电纤维束进行封装，形成腔体；

将所述腔体在真空条件下进行固化。

6.根据权利要求5所述的气压传感器的制作方法，其特征在于，所述将所述腔体在真空条件下进行固化，包括但不限于以下步骤：

将所述腔体放置在温度至少为90度的真空环境下，固化至少1.5小时。

7.根据权利要求5所述的气压传感器的制作方法，其特征在于，所述将所述导电纤维束安装在所述电路板上，包括：使用粘性混合物将所述导电纤维束粘附在所述电路板上。

8.根据权利要求5所述的气压传感器的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：在完成所述固化后，进行密封性测试。

9.根据权利要求5所述的气压传感器的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述导电纤维束进行超声波清洗。

10.根据权利要求5所述的气压传感器的制作方法，其特征在于，还包括：将所述检测组件检测到的所述导电纤维束的阻值变化情况与所述腔体外的气压值变化情况建立对应关系。

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