CN112603286A - 在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器 - Google Patents

在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种在硅胶表面制作微结构的方法，所述方法包括：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；3）混合料固化后得到硅胶，将硅胶从磨具中揭下，硅胶上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。本发明的有益技术效果是：提出了一种在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器，微结构制作方法简单、成本低、易于操作，由其制作的摩擦传感器具有较好的摩擦效果，最终得到的贴片式血压监测仪结构紧凑、轻便、小巧，测量精度较高。

Description

在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器
技术领域
本发明涉及一种摩擦电传感技术，尤其涉及一种在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器。
背景技术
现有技术中，基于脉搏波的无创连续血压监测技术中较为常见的是容积补偿法、动脉张力测定法和脉搏波速法。容积补偿法是利用指夹式血氧仪借助光电手段检测血管中的血液容积变化，基于血液容积与心脏射血之间的关系估计血压；该方法受外部环境光的影响，所测脉搏信号细节缺失严重。动脉张力测定法是基于血管内压与外力的相互作用，结合外周动脉压与中心动脉压的关系计算血压值；该方法中加压装置的长期使用会对使用者造成不适，在简化操作，长期连续测量方面存在问题。脉搏波速法是通过多路传感器测得一定距离下的脉搏传输平均速度，基于脉搏波沿动脉传播速率与动脉血压之间具有正相关性的特点，间接计算动脉血压值；该方法常要求距离较远的心电传感器与脉搏传感器同时工作，系统较为复杂，操作不便，另外对于两路传感器之间相对距离的精确测定还存在问题。
发明内容
针对背景技术中的问题，为了设计出新的血压监测仪，以解决现有装置易受环境光干扰（对于光电手段而言）、操作复杂（对于采用心电传感器和脉搏传感器的技术而言）、易使患者感到不适（对于动脉张力测定法而言）的问题，发明人对相关问题进行了研究，在研究血压监测仪的过程中，发明人发现带微结构的硅胶和导电布有较好的摩擦效果，于是考虑用硅胶和导电布来构成摩擦传感器，但现有技术在硅胶上制作微结构的工艺较复杂，于是发明人又对微结构制作问题进行了深入研究，发现了一种在硅胶表面制作微结构的新方法，该方法工艺简单，易于操作，制作出的微结构均匀性较好，十分利于摩擦传感器的摩擦动作，并随之也得到了一种新的摩擦传感器；具体的方案如下：
一种在硅胶表面制作微结构的方法，其创新在于：所述方法包括：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶，将硅胶从磨具中揭下，硅胶上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
砂纸是一种常见产品，得益于成熟的加工手段，砂纸表面均匀分布有大量的沙砾，混合料固化前为液态，将其倒入磨具后，液态的混合料会将沙砾间的间隙填充，从而在混合料底面上形成凹凸不平的大量微结构，混合料固化后，由于硅胶为柔性材料，同时沙砾与砂纸表面的连接强度较好，脱模时（即将硅胶从磨具中揭下），带有微结构的硅胶就能完整地从砂纸上脱出，从而得到表面带微结构的硅胶，并且由于沙砾在砂纸表面上是均匀分布的，硅胶表面就能得到均匀的微结构（宏观上是均匀的，微观来看，微结构在局部呈现不规则的凹凸），相比于其他方式在硅胶上制作微结构，本发明的方案十分简单，尤其是硅胶结构体以及微结构的成形条件十分简单，可以大大降低工艺复杂度和成本，批量化制作时，可以制作大片硅胶，然后再对硅胶进行切割。
优选地，所述砂纸的目数为5000~7000目。研究过程中，发明人采用不同目数的砂纸分别进行了试验，研究表明，将微结构作为摩擦电用途时，用5000~7000目的砂纸制作出的微结构效果最好。
优选地，所述混合料中添加有颜料。制作为产品时，需要使硅胶带有颜色，因此在混合料中添加颜料来对硅胶进行着色。
一种摩擦传感器，其创新在于：所述摩擦传感器为硅胶层和导电布构成的层状复合结构；硅胶层的下侧面上设置有凹凸不平的微结构，硅胶层的下侧面与导电布接触；硅胶层和导电布接触面的周向边沿通过黏结胶黏结固定；
所述微结构的制作方法为：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶层，将硅胶层从磨具中揭下，硅胶层上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
摩擦传感器的原理是：当有压力作用在摩擦传感器上下侧时，从宏观上看，硅胶层和导电布的接触面会紧贴在一起，但由于硅胶层下侧面上存在微结构，同时，由于导电布为织物，其表面也不平整，于是硅胶层和导电布之间就会形成大量的微小间隙，此时，若有外部振动作用在摩擦传感器上，大量的微小间隙就会在振动作用下不断地接触、分离，由于硅胶层和导电布的摩擦电极序不同，摩擦传感器上就会有电荷产生，通过检测电荷我们就能得到与振动有关的信息。
一种贴片式血压监测仪，其创新在于：所述贴片式血压传感器由基体、两个摩擦传感器、两块自粘胶片、柔性电路板、柔性显示屏和电池单元组成；
所述基体为TPU材质的厚片状结构，基体上侧面的两端各设置有一胶片安装槽，两块自粘胶片一一对应地设置在两个胶片安装槽中，自粘胶片的背面与胶片安装槽的底面胶黏固定；基体上侧面上设置有两个传感器安装槽，传感器安装槽位于两个胶片安装槽之间，胶片安装槽和传感器安装槽沿基体轴向分布；两个摩擦传感器一一对应地设置在两个传感器安装槽中；所述摩擦传感器为硅胶层和导电布构成的层状复合结构；硅胶层的下侧面上设置有凹凸不平的微结构，硅胶层的下侧面与导电布的上侧面接触；硅胶层和导电布接触面的周向边沿通过黏结胶黏结固定；导电布的下侧面与传感器安装槽的底面胶黏固定；
基体内部设置有电池安装腔和电路板安装腔，电池单元设置在电池安装腔内，柔性电路板设置在电路板安装腔内；
基体下侧面上设置有显示屏安装槽，柔性显示屏设置在显示屏安装槽内，柔性显示屏和显示屏安装槽接触面的周向边沿胶黏固定；
摩擦传感器、柔性显示屏和电池单元均与柔性电路板电气连接，基体内设置有与电气线路匹配的孔道；
所述基体采用3D打印工艺制作；所述微结构的制作方法为：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶层，将硅胶层从磨具中揭下，硅胶层上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
贴片式血压监测仪的工作原理是：使用时，通过自粘胶片将贴片式血压监测仪贴在手臂内侧与血管对应的部位，使摩擦传感器紧贴在手臂上（两个摩擦传感器沿手臂轴向分布），依据前述摩擦传感器的原理，摩擦传感器就能感应到脉搏的振动，从而产生电输出，柔性电路板收到相应信号后，依据脉搏波速法原理对两个摩擦传感器的输出信号进行处理，就能得到血压信息；与现有技术相比，由于两个摩擦传感器会在脉搏振动作用下同步振动，两个输出信号的同步性很容易就能得到保证（对于同时采用心电传感器和脉搏传感器监测血压的技术，为了保证两种传感器同步采样，系统较为复杂），两个摩擦传感器集成在一起，其间距较短（间隔2~4厘米）且为已知，可以预先将精确的距离参数录入柔性电路板中，可以有效提高血压数据的精确性（对于同时采用心电传感器和脉搏传感器监测血压的技术，由于两种传感器间隔距离较远，精确获取间隔距离数据的难度较大），再有，摩擦传感器尺寸较小，结合现有的柔性电路板、柔性显示屏和电池单元（可采用微型锂电池，目前市面可买到的微型锂电池平面尺寸仅有2cm×1cm，厚度约3mm），可以使贴片式血压监测仪的尺寸和重量大幅缩减，而且装置整体性较好，便于收纳、携带，TPU材质的基体较为柔软，佩带无不适感。
本发明的有益技术效果是：提出了一种在硅胶表面制作微结构的方法及摩擦传感器，微结构制作方法简单、成本低、易于操作，由其制作的摩擦传感器具有较好的摩擦效果，最终得到的贴片式血压监测仪结构紧凑、轻便、小巧，测量精度较高。
附图说明
图1、本发明的断面结构示意图；
图2、本发明的立体结构示意图；
图3、摩擦传感器断面结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：硅胶层1、导电布2、基体3、摩擦传感器4、自粘胶片5、柔性电路板6、柔性显示屏7、电池单元8。
具体实施方式
一种在硅胶表面制作微结构的方法，其创新在于：所述方法包括：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶，将硅胶从磨具中揭下，硅胶上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
进一步地，所述砂纸的目数为5000~7000目。
进一步地，所述混合料中添加有颜料。
一种摩擦传感器，其创新在于：所述摩擦传感器4为硅胶层1和导电布2构成的层状复合结构；硅胶层1的下侧面上设置有凹凸不平的微结构，硅胶层1的下侧面与导电布2接触；硅胶层1和导电布2接触面的周向边沿通过黏结胶黏结固定；
所述微结构的制作方法为：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶层1，将硅胶层1从磨具中揭下，硅胶层1上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
一种贴片式血压监测仪，其创新在于：所述贴片式血压传感器由基体3、两个摩擦传感器4、两块自粘胶片5、柔性电路板6、柔性显示屏7和电池单元8组成；
所述基体3为TPU材质的厚片状结构，基体3上侧面的两端各设置有一胶片安装槽，两块自粘胶片5一一对应地设置在两个胶片安装槽中，自粘胶片5的背面与胶片安装槽的底面胶黏固定；基体3上侧面上设置有两个传感器安装槽，传感器安装槽位于两个胶片安装槽之间，胶片安装槽和传感器安装槽沿基体3轴向分布；两个摩擦传感器4一一对应地设置在两个传感器安装槽中；所述摩擦传感器4为硅胶层1和导电布2构成的层状复合结构；硅胶层1的下侧面上设置有凹凸不平的微结构，硅胶层1的下侧面与导电布2的上侧面接触；硅胶层1和导电布2接触面的周向边沿通过黏结胶黏结固定；导电布2的下侧面与传感器安装槽的底面胶黏固定；
基体3内部设置有电池安装腔和电路板安装腔，电池单元8设置在电池安装腔内，柔性电路板6设置在电路板安装腔内；
基体3下侧面上设置有显示屏安装槽，柔性显示屏7设置在显示屏安装槽内，柔性显示屏7和显示屏安装槽接触面的周向边沿胶黏固定；
摩擦传感器4、柔性显示屏7和电池单元8均与柔性电路板6电气连接，基体3内设置有与电气线路匹配的孔道；
所述基体3采用3D打印工艺制作；所述微结构的制作方法为：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶层1，将硅胶层1从磨具中揭下，硅胶层1上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
具体实施时，导电布2可采用表面镀银的聚酯纤维布。

Claims (4)

1.一种在硅胶表面制作微结构的方法，其特征在于：所述方法包括：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶，将硅胶从磨具中揭下，硅胶上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
2.根据权利要求1所述的在硅胶表面制作微结构的方法，其特征在于：所述砂纸的目数为5000~7000目。
3.根据权利要求1或2所述的在硅胶表面制作微结构的方法，其特征在于：所述混合料中添加有颜料。
4.一种摩擦传感器，其特征在于：所述摩擦传感器（4）为硅胶层（1）和导电布（2）构成的层状复合结构；硅胶层（1）的下侧面上设置有凹凸不平的微结构，硅胶层（1）的下侧面与导电布（2）接触；硅胶层（1）和导电布（2）接触面的周向边沿通过黏结胶黏结固定；
所述微结构的制作方法为：1）将液体硅胶和固化剂混合均匀，得到混合料；
2）将混合料倒入磨具中；所述磨具上设置有定型槽，定型槽的底面铺有砂纸；
3）混合料固化后得到硅胶层（1），将硅胶层（1）从磨具中揭下，硅胶层（1）上与砂纸接触的部位即形成凹凸不平的微结构。
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