CN114440760B - 一种柔性拉伸应变传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性拉伸应变传感器。柔性拉伸应变传感器对称设置，应变传感器主体的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接；应变传感器主体包括应变传感器柔性基底、导电层和主体封装层，应变传感器柔性基底外附着有导电层，附着有导电层的应变传感器柔性基底嵌装在主体封装层内，两端的应变信号读取接口分别设置在应变传感器柔性基底的两端。本发明兼顾应变传感器高灵敏度的特点和硅胶软材料高拉伸性的特点，使得应变传感器具有拉伸性能好、测量范围大等特点，根据需求调节传感器结构，调整柔性拉伸应变传感器工作过程中的应力分布，控制传感器力学性能，提高传感器的适应性。

Description

一种柔性拉伸应变传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域的一种传感器，特别是涉及一种柔性拉伸应变传感器。

背景技术

随着人工智能与机器人技术的高速发展和智能终端的普及，智能机器人与智能可穿戴式设备等领域呈现出巨大的市场前景，将对人类社会未来发展产生重大的影响。柔性拉伸应变传感器在智能人机交互接口、软体机器人皮肤与面向运动检测的可穿戴式设备等领域具有广泛的应用价值。柔性拉伸应变传感器主要通过采集到的电信号数据反应自身的形变量，可以用作穿戴式人机交互接口，如数据手套等，采集用户的人体运动数据并控制机器人或其他的设备的运转；可以用作可穿戴健康监测设备，如安装在膝关节、肘关节处，采集、监测穿戴者身体的关节角数据，估计穿戴者的肢体运动健康状态；可以嵌入的软体机器人本体内或覆盖在机器人本体表面，实时监测软体机器人驱动状态，如反馈正压驱动的爬行软体机器人本体弯曲状态，控制软体机器人爬行。

传统的柔性应变传感器柔性基底材料为表面平整的弹性薄膜，其表面嵌入或覆盖的导电敏感层也为平面结构，在导电敏感层引入裂纹机制，即随着应变传感器的拉伸变形，导电敏感层产生裂纹，使得导电通路数目骤变，可以提升柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但受限于平面结构，柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力有限，采用具有三维骨架结构的柔性多孔基底材料，可以显著提升柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力，强化柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但柔性多孔基底材料本身的物理性质所限制，拉伸形变量由材料性质决定，基于柔性多孔基底材料的柔性拉伸应变传感器普遍存在拉伸力学性能较差的缺点；并且，柔性多孔材料作为基底材料的孔隙分布并不是完全均匀一致的，在拉伸过程中受到应力作用，存在裂纹形成位置难以控制，可重复制造性低，裂纹扩展程度低，难以覆盖较大的拉伸形变检测范围的问题。

发明内容

为了解决现有的柔性应变传感器导电层易脱落，稳定性低，测量范围较小，传感性能不可控，可重复制造性差等问题，本发明提出了一种柔性拉伸应变传感器，可以应用于人机交互接口、可穿戴健康监测设备、软体机器人的柔性电子皮肤，提升了应变传感器的应变范围、性能、灵敏度和稳定性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

柔性拉伸应变传感器对称设置，包括应变传感器主体和应变信号读取接口；

应变传感器主体的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接；

所述应变传感器主体由应变传感器柔性基底、导电层和主体封装层构成，应变传感器柔性基底表面外附着有导电层，附着有导电层的应变传感器柔性基底嵌装在主体封装层内，两端的应变信号读取接口分别穿过主体封装层的对应端后设置在应变传感器柔性基底的两端。

所述应变传感器柔性基底的左右侧表面均设置有凸起结构，凸起结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起单元组成，各个凸起单元均设置在当前侧表面上。

所述凸起单元的尺寸相同或者不同，相邻凸起单元之间的间距相同或者不同。

所述应变传感器柔性基底的左右侧表面均设置有凹陷结构，凹陷结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凹陷单元组成，各个凹陷单元均在当前侧面上进行开设。

所述凹陷单元的尺寸相同或者不同，相邻凹陷单元之间的间距相同或者不同。

所述应变传感器主体通过以下方法制备获得：

首先对柔性多孔材料进行激光切割后获得应变传感器柔性基底，再将纳米导电材料溶于分散剂中并搅拌均匀后，获得纳米导电材料混合溶液，接着将应变传感器柔性基底置于纳米导电材料混合溶液中充分浸泡后烘干，直至分散剂完全挥发，使得应变传感器柔性基底外表面形成一层导电层，获得附着导电层的应变传感器柔性基底；最后将附着导电层的应变传感器柔性基底放置于模具中，将外部封装材料浇注到模具中并加温固化成型后形成主体封装层，获得应变传感器主体。

所述应变信号读取接口主要由铜针和与铜针相连的信号传输导线组成，铜针设置在应变传感器主体中，并且铜针与应变传感器主体电连接。

所述铜针的轴向与拉伸应变传感器的拉伸方向平行或者垂直。

本发明的工作原理是：

所述的柔性应变传感器在受到外界拉力作用时，内部发生形变，从而导致性应变传感器内部的微观丝状导电通路数目发生改变，进而电阻值发生变化，进而通过监测性应变传感器电学参数电阻值的大小可用于检测外力以及形变量大小。

所述应变传感器柔性基底具有骨架结构，在拉伸时可产生若干微裂纹导致基底发生不规则的断裂，导致断裂不均匀的主要原因如下：应变传感器柔性基底在成型过程中存在误差，导致应变传感器柔性基底外部的几何形状不完全对称；应变传感器柔性基底的多孔结构在成型过程中存在误差，导致应变传感器柔性基底内部多孔结构的空隙大小和分布不是均一的；硅胶填充海绵内部孔隙不均匀；应变传感器柔性基底的位置精度低，不处在封装材料正中心位置；外部封装材料有气泡等瑕疵，导致拉应力集中。

为解决应变传感器柔性基底不规则断裂的问题，本发明设计了外部封装材料结构及若干可控断裂的应变传感器柔性基底结构，实现了传感器内部应变传感器柔性基底断裂可控，提高信号的线性度和拟合准确性。

实现可控断裂的技术方案为：在应变传感器柔性基底侧表面，构造规则的凸起单元或凹陷单元，该凸起单元或凹陷单元的形状为半椭圆，且与应变传感器柔性基底的表面通过圆角连接过渡；通过凸起单元可以减小该结构所对应的应变传感器柔性基底在拉伸过程中的应力集中现象，抑制应变传感器柔性基底以及附着在该基底表面的导电敏感材料的断裂，保证电信号的稳定性；通过设计凹陷单元的位置和尺寸可以控制应变传感器柔性基底在拉伸过程中的应力集中的位置，使得导电应变传感器柔性基底的断裂裂纹位置可控，进而根据实际要求实现传感性能的调控。

本发明提高柔性传感器的灵敏度体现在：采用薄柔性多孔材料作为基底材料，其具有骨架结构，在拉伸时可产生若干微裂纹导致电阻增大，发生单位形变时电信号变化明显，提高了基底材料导电的灵敏度。此外，多孔材料的强吸附性也为导电敏感材料提供和合适的载体，其具有的骨架结构使其能发生较大的形变，提高了拉伸性。

本发明提高柔性拉伸应变传感器拉伸性体现在：在应变传感器柔性基底的外部封装一层材料，覆盖在传统柔性应变传感器柔性基底表面，使应变传感器柔性基底和导电材料均嵌入在外部封装材料中，外部拉应力作用在所述应变传感器主体的上下两端时，由于外部封装材料具有的拉伸性，即，有较大的弹性形变范围。硅胶具有较大的拉伸性，可以作为外部封装材料，同时隔绝基底材料与导电层与外界直接接触，阻止其发生剐蹭导致导电材料脱落；阻止柔性多孔材料吸收空气中水蒸气等物质导致性质发生改变，提高了传感器的稳定性。

本发明提高柔性拉伸应变传感器制造可重复性体现在：在应变传感器柔性基底上做特殊结构处理，使应力分散、断裂分布更均匀，裂纹可控，可以承受更大形变，不仅提高了传感器的拉伸性，也提高了裂纹的一致性。通过激光切割使每次成型的应变传感器柔性基底结构相同，通过模具固定使应变传感器柔性基底可以在封装材料正中心位置，使传感器可以重复制造。

本发明利用将纳米导电材料(如，碳纳米材料、纳米金属颗粒、纳米金属线、纳米金属片等)溶于分散剂(如，正己烷等)中，将纳米导电材料固化在应变传感器柔性基底(如，聚氨酯海绵等)表面，将其置于设计好的模具中，辅以硅胶作为封装材料，利用真空脱泡机清除外部封装材料中残余的空气，制备了具有优良应变-电阻曲线的海绵介质层，通过较为简易的方法完成了柔性应变传感器的制备。

本发明的有益效果为：

柔性应变传感器独特的外部封装结构，较易发生拉伸等变形，在相同外力作用的情况下，其具有比未封装结构形变量大，测量范围大，在大形变量的情况下仍能恢复原状、保持传感功能的优点，同时能有效缓冲物体(譬如人体)与传感装置的接触，减少外界环境对传感器的干扰，提高传感器工作时的稳定性并应用于多种工作场景、延长疲劳寿命。通过优化设计应变传感器主体的高强度、可拉伸的结构，显著提高了以多孔材料为基底的柔性应变传感器的拉伸性能，有效克服了传统无封装结构的柔性应变传感器力学性能差，易断裂，测量范围小和灵敏度较低的问题。通过对应变传感器柔性基底特殊结构的设计，使应变传感器柔性基底断裂位置可控，提高了电信号传输的稳定性和线性度。

另一方面，本发明可以通过改变凸起结构或凹陷结构设计来改变传感器的特性，允许使用者根据不同的使用条件自由调整获得具有不同灵敏度和测量范围的柔性传感器来适应不同的需求，有较广的使用范围。凸起结构或凹陷结构的设置表面、排布方式和尺寸大小可根据实际使用情况进行定制化调节、优化，例如：当应变传感器附着在人身体表面用作弯曲应变传感器时，不同位置所受应力并不均匀，比如，附着在手肘关节外表面时，肘关节的凸点处应力最大，因此，应变传感器柔性基底的凸起单元结构排布为中间密集，两端稀疏，可保证传感器内部的敏感材料受力均匀；处于应变传感器柔性基底中间的凸起单元或凹陷单元尺寸应扩大，处于应变传感器柔性基底两端的凸起结构或凹陷结构尺寸应减小，可以在中间处减少应力抑制断裂，或增强应力作用引发断裂，进而从线性程度、拉伸应变程度等方面提高传感性能。

附图说明

图1为本发明柔性拉伸应变传感器的结构示意图；

图2为本发明应变传感器主体的微观示意图；

图3为铜针横向设置在柔性拉伸应变传感器的结构示意图；

图4为柔性拉伸应变传感器的正视图与半剖视图；

图5为在应变传感器柔性基底侧表面设置特殊结构的柔性应变传感器的结构示意图；

图6为以基本结构为例的传感器主体制作流程；

图7为应变传感器柔性基底的侧表面设置为凹陷结构时的两个制作模具；

图8为应变传感器柔性基底的侧表面设置为凸起结构时的两个制作模具；

图中：应变传感器主体1、应变信号读取接口2、应变传感器柔性基底3、导电层4、主体封装层5、铜针6、信号传输导线7、侧表面8、凸起单元9、凹陷单元10。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

如图1、图3和图4所示，柔性拉伸应变传感器对称设置，拉伸应变传感器对称设置，包括应变传感器主体1和应变信号读取接口2；

应变传感器主体1的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体1两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接。

如图2所示，应变传感器主体1由应变传感器柔性基底3、导电层4和主体封装层5构成，应变传感器柔性基底3表面外附着有导电层4，附着有导电层4的应变传感器柔性基底3嵌装在主体封装层5内，主体封装层5将附着有导电层4的应变传感器柔性基底3完全包裹，两端的应变信号读取接口分别穿过主体封装层5的对应端后设置在应变传感器柔性基底3的两端。

如图5的(a)所示，应变传感器柔性基底3的左右侧表面均设置有凸起结构，凸起结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起单元9组成，各个凸起单元9均设置在当前侧表面上。每个凸起块的两个侧面与当前侧面相邻的两个侧面齐平。

凸起单元9的尺寸相同或者不同，相邻凸起单元9之间的间距相同或者不同。

如图5的(b)所示，或者应变传感器柔性基底3的左右侧表面均设置有凹陷结构，凹陷结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凹陷单元10组成，各个凹陷单元10均在当前侧面上进行开设，每个凹陷单元10的两个侧槽口与当前侧面相邻的两个侧面齐平。

凹陷单元10的尺寸相同或者不同，相邻凹陷单元10之间的间距相同或者不同。

为提升其拉伸性能，需要较高的长宽比，同时又考虑到强度和使用场景等方面，设计了如图3、图4所示的基本结构，其中内部为矩形薄海绵，外部为矩形硅胶体。基本结构的应变传感器柔性基底3的正视图与剖视图如图4的(a)、(b)所示。

在应变传感器柔性基底3的侧表面8构造规则的凸起结构或凹陷结构，本实施例中，凸起结构或凹陷结构的形状为半椭圆，与应变传感器柔性基底3的表面通过圆角连接过度；通过凸起结构可以减小该结构所对应的应变传感器柔性基底3在拉伸过程中的应力集中现象，抑制应变传感器柔性基底3以及附着在该基底表面的导电敏感材料的断裂；通过设计凹陷结构的位置和尺寸可以控制应变传感器柔性基底3在拉伸过程中的应力集中的位置，使得导电应变传感器柔性基底3的断裂裂纹位置可控，进而调控传感性能。

上述调控方法中，凸起结构或凹陷结构的排布方式可根据实际使用情况进行定制化调节、优化，例如：当应变传感器附着在人身体表面用作弯曲应变传感器时，不同位置所受应力并不均匀，比如，附着在手肘关节外表面时，肘关节的凸点处应力最大，因此，凸起单元9或凹陷单元10的结构排布为中间密集，两端稀疏，可保证应变传感器柔性基底3上附着的导电敏感材料受力均匀，进而从线性程度、拉伸应变程度等方面提高传感性能；因此，凸起结构或凹陷结构的排布方式可以根据实际使用需求进行调节，不一定是等间距均匀排布的。

凸起结构或凹陷结构的尺寸大小可根据实际使用情况进行定制化调节、优化，例如：当应变传感器附着在人身体表面用作弯曲应变传感器时，不同位置所受应力并不均匀，比如，附着在手肘关节外表面时，肘关节的凸点处应力最大，因此，处于应变传感器柔性基底3中间的凸起单元9或凹陷单元10尺寸应扩大，处于应变传感器柔性基底3两端的凸起单元9或凹陷单元10尺寸应减小，可以在中间处增强应力作用引发断裂，或减少应力抑制断裂，进而从线性程度、拉伸应变程度等方面提高传感性能；此外凸起单元9或凹陷单元10的形状也可改变，如，三角形，可以提高应力集中效应；因此，凸起结构或凹陷结构的尺寸大小及形状可以根据实际使用需求进行调节，不一定是固定形状的。

应变传感器主体1通过以下方法制备获得：

首先对柔性多孔材料(如聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵)进行激光切割后获得应变传感器柔性基底3，形状为具有高长宽比的薄膜结构，便于封装，可以应用于可穿戴健康监测设备、人机交互接口、软体机器人皮肤领域；其内部微观多孔结构使其可以作为导电敏感材料的载体，保证电信号的连续传递，通过改变其内部微观结构的形变程度使得导电敏感材料的电学性能发生改变；其侧表面8可设置规则的凸起结构或凹陷结构；通过凸起结构可以减小该结构所对应的应变传感器主体1在拉伸过程中的应力集中现象，抑制应变传感器柔性基底3以及附着在该基底表面的导电敏感材料的断裂；通过设计凹陷结构的位置和尺寸可以控制应变传感器主体1在拉伸过程中的应力集中的位置，使得导电应变传感器柔性基底3的断裂裂纹位置可控，进而调控传感性能。

再将纳米导电材料(如，碳纳米材料、纳米金属颗粒、纳米金属线、纳米金属片)按质量浓度30g/L的比例溶于分散剂(去离子水、乙醇、异丙醇、正己烷)中并搅拌均匀后，获得纳米导电材料混合溶液，接着将应变传感器柔性基底3置于纳米导电材料混合溶液中充分浸泡后烘干，直至分散剂完全挥发，使得应变传感器柔性基底3外表面形成一层导电层4，即纳米导电材料充分覆盖在多孔应变传感器柔性基底制得，形成导电通路，获得导电应变传感器柔性基底；最后将导电应变传感器柔性基底放置于模具中，将外部封装材料(即前驱体为液态的类硅胶软材料，如聚二甲基硅氧烷)浇注到模具中并加温固化成型后形成主体封装层5，获得应变传感器主体1。主体封装层5覆盖在应变传感器柔性基底3表面，使应变传感器柔性基底3和纳米导电材料均嵌入在其中，外部拉应力作用在应变传感器主体1的上下两端时，外部封装材料具有的拉伸性，即，有较大的弹性形变范围。由于硅胶的稳定性和密封性，作为外部封装材料可以保证传感器工作稳定，可用于潮湿、水下多种工作情况。

柔性多孔材料具有易形变、密度低、吸附性强的特性，可以通过吸附导电敏感材料，在柔性多孔材料的骨架上构造导电通路，传递电信号；利用柔性多孔材料的这一特性，柔性拉伸应变传感器的传感原理为：柔性多孔材料表面附着了导电敏感材料后，外部拉应力作用在应变传感器主体1的上下两端，使应变传感器主体1产生拉应变，继而改变附着在应变传感器柔性基底3上的导电敏感材料层中微观丝状导电通路数目，引发传感器主体的电阻值改变，利用电阻值变化反应外界施加在应变传感器主体1上的拉伸应力和拉伸应变的大小；

未加入外部封装材料时，外部拉应力作用在附着在应变传感器柔性基底3上的导电敏感材料的上下两端时，导致导电敏感材料层产生断裂裂纹，微观丝状导电通路发生断裂，导电通路数目减少，当应变传感器柔性基底3彻底断裂时无法导电，发生开路，且无法恢复；

加入外部封装材料后，应变传感器柔性基底3和导电敏感材料均嵌入在外部封装材料中，外部拉应力作用在应变传感器主体1的上下两端时，由于外部封装材料具有拉伸性，即，有较大的弹性形变范围，当受到外界拉应力作用时，应变传感器柔性基底3发生拉伸，导电敏感材料的微观丝状导电通路减少，但由于应变传感器柔性基底3和导电敏感材料均嵌入在外部封装材料中，微观丝状导电通路不会完全断裂，且取消外界拉应力作用时微观丝状导电通路恢复原状，应变传感器柔性基底3和外部封装材料的形状及电学性能恢复至未拉伸状态；

因此，外部封装材料的使用对基于柔性多孔材料传感器传感性起到提升作用，可扩大测量范围拉伸性、提高传感器力学性能、延长疲劳寿命、提高信号稳定性。

应变信号读取接口2主要由铜针6和与铜针6相连的信号传输导线7组成，铜针6设置在应变传感器主体1中，并且铜针6与应变传感器主体1电连接。铜针作为电极，当电极插入到多孔材料中时，电极与多孔材料表面可以形成稳定的接触，形成稳定的电路来传输电信号，适合用作多孔材料的电信号读取接口，插入导电应变传感器柔性基底3，露在外面一端于信号传输导线7焊接，将电信号传输至外部传感信号检测设备。

铜针6的轴向与拉伸应变传感器的拉伸方向平行或者垂直。即铜针6具有两种插入方式：纵向插入与横向插入。纵向插入使得铜针6外露长度更长，易于连接信号传输导线7，但铜针6是金属材料，不具备延展性，而应变传感器柔性基底3是柔性多孔材料，具备延展性，因此，铜针6在传感器拉伸过程中会与应变传感器柔性基底3发生相对位移；而横向插入铜针6的方式有利于减小相对位移，稳定性更高，但伸出在应变传感器柔性基底3外的长度有限，不便于连接信号传输导线7，且为了满足对称性铜针6需要对称地贯穿整个应变传感器柔性基底3；

插入铜针6后，外部封装材5料对铜针6起到固定、封装的作用，因此可以保证铜针6与应变传感器柔性基底3、导电敏感材料紧密贴合，保证了铜针6的稳定性和信号读取的稳定性。

柔性拉伸应变传感器制备过程如下：

将切割成型的应变传感器柔性基底3如聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵完全浸入由纳米导电材料如，碳纳米材料、纳米金属颗粒、纳米金属线、纳米金属片按一定比例溶于分散剂如，去离子水、乙醇、异丙醇、正己烷中搅拌均匀所得的导电敏感材料配置的溶液中，将经过反复挤压浸泡完的应变传感器柔性基底3放入烘箱中烘干直至分散剂完全挥发，取出烘干后的应变传感器柔性基底3用分散剂清洗并再次烘干，纳米导电材料即充分覆盖在多孔材料纤维表面，形成若干导电通路，得到附着导电层4的应变传感器柔性基底3。

将烘干后的附着导电层4的应变传感器柔性基底3置于具有对应的凸起结构或凹陷结构的模具中，向模具中注入外部封装材料如，聚二甲基硅氧烷，并均匀覆盖，利用真空脱泡机抽取外部封装材料中残余的空气后置于烘箱中，使外部封装材料快速固化；外部封装材料固化前具有良好的流动性，可以充分填充多孔材料的孔隙；固化后具有良好的拉伸性，有效抑制多孔材料的不规则拉伸断裂，提高传感器的测量范围。

从模具中取出外部封装材料及应变传感器柔性基底3，向导电应变传感器柔性基底两侧插入铜针6，并焊接信号传输导线7；然后置于不设凹槽模具中，向模具中缓慢注入外部封装材料直至填满，并放入真空脱泡机中抽取残余的空气，随后放入烘箱中至外部封装材料固化，即可制得柔性拉伸应变传感器。

对于上述步骤，由于利用真空脱泡机抽取外部封装材料中残余的空气使外部封装材料完全浸入到应变传感器柔性基底3的多孔结构内部，导致传感器初始电阻变大，形变程度一定时，电阻相对变化百分比变小，灵敏度变低；但多孔结构内部完全填充了外部封装材料，可提高制备的柔性拉伸应变传感器的拉伸应变强度。

若省略抽真空环节，其他制作环节不变，应变传感器柔性基底3内部仍为多孔结构，初始电阻变小，形变程度一定时，电阻相对变化百分比变大，灵敏度变高；并且由于多孔结构内部未填充外部封装材料，制备的柔性拉伸应变传感器的拉伸应变强度变低。

柔性拉伸应变传感器制备条件如表1所示。

表1

纳米导电材料(碳纳米管)	3.000g
		分散剂(正己烷)	100ml

以基本结构为例，如附图6所示，本柔性传感器总体制作步骤为：

i.向洁净干燥的烧杯中加入一定质量的碳纳米管，按表1所示比例加入正己烷，获得浸泡所需的混合液。向混合液中加入带磁性的搅拌子，用磁力搅拌器搅拌至均匀。将切割好的海绵完全浸入混合液中，浸泡5分钟左右，在这过程中不断用玻璃棒挤压海绵。将经过反复挤压浸泡完的海绵放入烘箱中烘干直至分散剂完全挥发，取出烘干后的海绵用正己烷清洗并再次烘干，纳米导电材料即充分覆盖在多孔材料纤维表面，形成若干导电通路，得到附着纳米导电材料的多孔海绵。

ii.将烘干后的附着纳米导电材料的多孔海绵放入指定的设凹槽模具的凹槽中。

iii.按1：1的比例配置液体硅胶，将液体硅胶缓慢注入模具直至填满模具。

iv.将装有海绵、硅胶的模具放入真空脱泡机中抽取残余的空气。

v.将其放入恒温箱约60℃加热20分钟左右，至硅胶固化。

vi.取出硅胶及海绵，向附着纳米导电材料的多孔海绵两侧插入铜针6，并焊接导线。铜针有两种插入方式：水平或垂直插入。

vii.将焊接好导线的海绵置于无凹槽模具中，向模具中缓慢液体硅胶注入直至填满。

viii.重复步骤iv和步骤v，制得柔性拉伸应变传感器。

步骤iv会导致硅胶完全浸入到海绵的多孔结构内部，导致传感器初始电阻较大，形变程度一定时，电阻相对变化百分比较小，灵敏度较低。若省略步骤iv，其他制作环节不变，应变传感器柔性基底内部仍为多孔结构，初始电阻小，形变程度一定时，电阻相对变化百分比较大，灵敏度较高；单由于多孔结构内部未填充硅胶，制备的柔性拉伸应变传感器的拉伸应变强度较低。

具体实施中，模具主要分为设凹槽模具和不设凹槽模具，通过3D打印制得，其中设置有凸起结构的柔性传感器的设凹槽模具和不设凹槽模具分别如图8的(a)、(b)所示，设置有凹陷结构的柔性传感器的设凹槽模具和不设凹槽模具分别如图7的(a)、(b)所示。设凹槽模具主要用于固定应变传感器柔性基底，保证结构的对称性与基底的位置精确度。将应变传感器柔性基底置于凹槽中，应变传感器柔性基底的下半部分被模具遮挡，向模具中注入硅胶即可实现上半部分硅胶的封装；不设凹槽模具用于补充硅胶，将部分封装后、连接应变信号读取接口的应变传感器柔性基底已封装部分向下置于模具中，其上半部分由于被设凹槽模具遮挡而未被覆盖，向模具中注入硅胶即可实现上半部分硅胶的封装，从而实现对整个应变传感器柔性基底的封装。

Claims (6)

1.一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，柔性拉伸应变传感器对称设置，包括应变传感器主体(1)和应变信号读取接口(2)；

应变传感器主体(1)的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体(1)两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接；

所述应变传感器主体(1)由应变传感器柔性基底(3)、导电层(4)和主体封装层(5)构成，应变传感器柔性基底(3)表面外附着有导电层(4)，附着有导电层(4)的应变传感器柔性基底(3)嵌装在主体封装层(5)内，两端的应变信号读取接口分别穿过主体封装层(5)的对应端后设置在应变传感器柔性基底(3)的两端；

所述应变传感器柔性基底(3)的左右侧表面均设置有凸起结构，凸起结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起单元(9)组成，各个凸起单元(9)均设置在当前侧表面上；

或者所述应变传感器柔性基底(3)的左右侧表面均设置有凹陷结构，凹陷结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凹陷单元(10)组成，各个凹陷单元(10)均在当前侧面上进行开设。

2.根据权利要求1所述的一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，所述凸起单元(9)的尺寸相同或者不同，相邻凸起单元(9)之间的间距相同或者不同。

3.根据权利要求1所述的一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，所述凹陷单元(10)的尺寸相同或者不同，相邻凹陷单元(10)之间的间距相同或者不同。

4.根据权利要求1所述的一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，所述应变传感器主体(1)通过以下方法制备获得：

首先对柔性多孔材料进行激光切割后获得应变传感器柔性基底(3)，再将纳米导电材料溶于分散剂中并搅拌均匀后，获得纳米导电材料混合溶液，接着将应变传感器柔性基底(3)置于纳米导电材料混合溶液中充分浸泡后烘干，直至分散剂完全挥发，使得应变传感器柔性基底(3)外表面形成一层导电层(4)，获得附着导电层(4)的应变传感器柔性基底(3)；最后将附着导电层(4)的应变传感器柔性基底(3)放置于模具中，将外部封装材料浇注到模具中并加温固化成型后形成主体封装层(5)，获得应变传感器主体(1)。

5.根据权利要求1所述的一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，所述应变信号读取接口(2)主要由铜针(6)和与铜针(6)相连的信号传输导线(7)组成，铜针(6)设置在应变传感器主体(1)中，并且铜针(6)与应变传感器主体(1)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种柔性拉伸应变传感器，其特征在于，所述铜针(6)的轴向与拉伸应变传感器的拉伸方向平行或者垂直。

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