CN114838836B - 一种本征柔性温距传感探头及其研制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种本征柔性温距传感探头及其研制方法，属于测量技术领域。本征柔性温距传感探头包括全封闭敏感单元和非封闭敏感单元。全封闭敏感单元由本征柔性基底、螺旋型复合式导电高分子和顶层本征柔性绝缘膜构成，其阻抗仅对距离信号有响应；非封闭敏感单元由本征柔性基底和螺旋型复合式导电高分子构成，其阻抗对温度信号和距离信号都有响应。用本发明提出的方法研制的本征柔性温距传感探头能够克服螺旋型复合式导电高分子的温度敏感效应与距离敏感效应交叉干扰的不足，能够利用传感探头中的全封闭敏感单元和非封闭敏感单元的输出阻抗信号实现温度和距离的同时测量，适用于电子皮肤研制和现代关键设备狭小曲面层间温度和距离测量等领域。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，特别涉及到本征柔性温度距离传感器
背景技术
现代大型设备狭小曲面层间温度和距离测量是确保系统安全运行的关键。但由于层间间隙狭小、接触表面不规则，因此迫切需要传感器具有柔性。复合式导电高分子具有易加工性、温敏效应和本征柔性，将其制备为螺旋型元件能使其兼具温度敏感效应和距离敏感效应。但由于螺旋型复合式导电高分子的温度敏感效应和距离敏感效应交织在一起(即：温度与距离变化都能引起螺线型复合式导电高分子的阻抗变化)，故而很难分离螺旋型复合式导电高分子阻抗对温度和距离的响应。因此，如何利用螺线型复合式导电高分子的阻抗变化实现温度和距离同时测量是目前亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种本征柔性温距传感探头及其研制方法。本征柔性温距传感探头包括半封闭敏感单元和全封闭敏感单元，其研制方法包括以下步骤：
用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为本征柔性基底；在尺寸与本征柔性基底相同的刚性平板上开两个通透沟槽，其中，左侧通透沟槽的长度和宽度分别为全封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，右侧通透沟槽的长度和宽度分别为非封闭敏感单元中心引线的长度和宽度；所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的长度方向都与所述刚性平板的长度方向相同，左侧通透沟槽的左端位于所述刚性平板的左侧中间位置，右侧通透沟槽的右端位于刚性平板的右侧中间位置，将带有所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的刚性平板作为引线制备模具；将所述引线制备模具覆盖于所述本征柔性基底之上，确保所述引线制备模具与所述本征柔性基底完全重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述引线制备模具的两个通透沟槽之中，待复合式导电高分子硫化后将引线制备模具移除，余留在本征柔性基底上的硫化后的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为尺寸与本征柔性基底相同的本征柔性隔离膜，将所述本征柔性隔离膜覆盖于带有全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线的本征柔性基底之上，在所述本征柔性隔离膜上开两个通孔，其中，左通孔的中心位置位于全封闭敏感单元中心引线的右端，右通孔的中心位置位于非封闭敏感单元中心引线的左端；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述左通孔和右通孔中；在两块刚性平板上分别开螺旋型通透沟槽；将所述两块带有螺旋型通透沟槽的刚性平板作为全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具；将所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具放置于本征柔性隔离膜之上，确保所述全封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的左通孔的中心轴线重合，并确保所述半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的右通孔的中心轴线重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽中进行硫化，将全封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子，将半封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为非封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶覆合于全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子之上形成顶层本征柔性绝缘膜，进而完成本征柔性温距传感探头的制备。
本发明的特点及效果
利用本发明提出的研制方法制备的本征柔性温距传感探头包括全封闭敏感单元和非封闭敏感单元。其中，全封闭敏感单元由本征柔性基底、螺旋型复合式导电高分子和顶层柔性绝缘膜构成，其阻抗仅对距离信号有响应；非封闭敏感单元由本征柔性基底和螺旋型复合式导电高分子构成，其阻抗对温度信号和距离信号都有响应。在测量中，能够通过全封闭敏感单元的输出阻抗信号变化得到距离信号变化，进而得到由距离信号变化引起的非封闭敏感单元的输出阻抗信号变化值，从而得到由温度信号变化引起的非封闭敏感单元的输出阻抗信号变化值，最终得到温度信号变化值。用本发明提出的研制方法制备的本征柔性温距传感探头能够克服螺旋型复合式导电高分子的温度敏感效应与距离敏感效应交叉干扰的不足，能够利用传感探头中的非封闭敏感单元和全封闭敏感单元的输出阻抗信号实现温度和距离的同时测量，适用于多敏感功能电子皮肤研制和现代关键设备狭小曲面层间温度和距离测量等领域。
附图说明
图1为覆合有中心引线的本征柔性基底俯视图。
图2为开有通孔的本征柔性隔离膜俯视图。
图3为在通孔中注入了复合式导电高分子的本征柔性隔离膜剖面图。
图4为覆合了螺旋型复合式导电高分子的本征柔性隔离膜俯视图。
图5为本征柔性温距传感探头的俯视图。
图1-图5中，a代表本征柔性基底；b代表全封闭敏感单元中心引线；c代表非封式敏感单元中心引线；d代表本征柔性隔离膜；e代表本征柔性隔离膜上的左通孔；f代表本征柔性隔离膜上的右通孔；g代表注入左通孔中的复合式导电高分子(即：全封闭敏感单元的跨层连接线)；h代表注入右通孔中的复合式导电高分子(即：非封闭敏感单元的跨层连接线)；i代表全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子；j代表非封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子；k代表顶层本征柔性绝缘膜。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明提出的本征柔性温距传感探头的研制方法：
用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为本征柔性基底a(如图1所示)；在尺寸与本征柔性基底a相同的刚性平板上开两个通透沟槽，其中，左侧通透沟槽的长度和宽度分别为全封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，右侧通透沟槽的长度和宽度分别为非封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的长度方向都与所述刚性平板的长度方向相同，左侧通透沟槽的左端位于所述刚性平板的左侧中间位置，右侧通透沟槽的右端位于刚性平板的右侧中间位置，将带有所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的刚性平板作为引线制备模具；将所述引线制备模具覆盖于所述本征柔性基底a之上，确保所述引线制备模具与所述本征柔性基底a完全重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述引线制备模具的两个通透沟槽之中，待复合式导电高分子硫化后将引线制备模具移除，余留在本征柔性基底a上的硫化后的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元中心引线b和非封闭敏感单元中心引线c(如图1所示)；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为尺寸与本征柔性基底相同的本征柔性隔离膜d(如图2所示)，将所述本征柔性隔离膜d覆盖于带有全封闭敏感单元中心引线b和非封闭敏感单元中心引线c的本征柔性基底a之上，在所述本征柔性隔离膜d上开两个通孔，其中，左通孔e的中心位置位于全封闭敏感单元中心引线b的右端，右通孔f的中心位置位于非封闭敏感单元中心引线c的左端；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述左通孔e和右通孔中f，形成全封闭敏感单元的跨层连接线g和非封闭敏感单元的跨层连接线h，如图3所示，在两块刚性平板上分别开螺旋型通透沟槽；将所述两块带有螺旋型通透沟槽的刚性平板作为全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具；将所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具放置于本征柔性隔离膜之上，确保所述全封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的左通孔的中心轴线重合，并确保所述半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的右通孔的中心轴线重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽中进行硫化，将全封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子i，将半封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为非封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子j(如图4所示)；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶覆合于全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子i之上形成顶层本征柔性绝缘膜k，进而完成本征柔性温距传感探头的制备(如图5所示)。
实施例
用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为本征柔性基底，所述本征柔性基底为矩形膜；在尺寸与本征柔性基底相同的刚性平板上开两个通透沟槽，其中，左侧通透沟槽的长度和宽度分别为全封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，右侧通透沟槽的长度和宽度分别为非封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的长度方向都与所述刚性平板的长度方向相同，左侧通透沟槽的左端位于所述刚性平板的左侧中间位置，右侧通透沟槽的右端位于刚性平板的右侧中间位置，将带有所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的刚性平板作为引线制备模具；将所述引线制备模具覆盖于所述本征柔性基底之上，确保所述引线制备模具与所述本征柔性基底完全重合；在二月硅酸二丁基锡和正硅酸乙酯的作用下用溶液混合法将平均长度为10微米和平均直径为15纳米的碳纳米管和室温硫化硅橡胶按1∶6的体积比制备为碳纳米管填充硅橡胶复合材料，将所述碳纳米管填充硅橡胶复合材料注入所述引线制备模具的两个通透沟槽之中，待碳纳米管填充硅橡胶复合材料硫化后将引线制备模具移除，余留在本征柔性基底上的硫化后的碳纳米管填充硅橡胶复合材料作为全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为尺寸与本征柔性基底相同的本征柔性隔离膜，将所述本征柔性隔离膜覆盖于带有全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线的本征柔性基底之上，在所述本征柔性隔离膜上开两个通孔，其中，左通孔的中心位置位于全封闭敏感单元中心引线的右端，右通孔的中心位置位于非封闭敏感单元中心引线的左端；在二月硅酸二丁基锡和正硅酸乙酯的作用下用溶液混合法将平均长度为10微米和平均直径为15纳米的碳纳米管和室温硫化硅橡胶按1∶5的体积比制备为碳纳米管填充硅橡胶复合材料，将所述碳纳米管填充硅橡胶复合材料注入所述左通孔和右通孔中，形成全封闭敏感单元的跨层连接线和非封闭敏感单元的跨层连接线；在两块刚性平板上分别开螺旋型通透沟槽，所述螺旋型通透沟槽的线宽和线距均为1mm；将所述两块带有螺旋型通透沟槽的刚性平板作为全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具；将所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具放置于本征柔性隔离膜之上，确保所述全封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的左通孔的中心轴线重合，并确保所述半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的右通孔的中心轴线重合；在二月硅酸二丁基锡和正硅酸乙酯的作用下用溶液混合法将平均长度为10微米和平均直径为15纳米的碳纳米管和室温硫化硅橡胶按1∶8的体积比制备为碳纳米管填充硅橡胶复合材料，将所述碳纳米管填充硅橡胶复合材料注入所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽中进行硫化，将全封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的碳纳米管填充硅橡胶复合材料作为全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子，将半封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的碳纳米管填充硅橡胶复合材料作为非封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶覆合于全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子之上形成顶层本征柔性绝缘膜，进而完成本征柔性温距传感探头的制备。
Claims (1)
1.一种本征柔性温距传感探头的研制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为本征柔性基底；在尺寸与本征柔性基底相同的刚性平板上开两个通透沟槽，其中，左侧通透沟槽的长度和宽度分别为全封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，右侧通透沟槽的长度和宽度分别为非封闭敏感单元中心引线的长度和宽度，所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的长度方向都与所述刚性平板的长度方向相同，左侧通透沟槽的左端位于所述刚性平板的左侧中间位置，右侧通透沟槽的右端位于刚性平板的右侧中间位置，将带有所述左侧通透沟槽和右侧通透沟槽的刚性平板作为引线制备模具；将所述引线制备模具覆盖于所述本征柔性基底之上，确保所述引线制备模具与所述本征柔性基底完全重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述引线制备模具的两个通透沟槽之中，待复合式导电高分子硫化后将引线制备模具移除，余留在本征柔性基底上的硫化后的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶制备为尺寸与本征柔性基底相同的本征柔性隔离膜，将所述本征柔性隔离膜覆盖于带有全封闭敏感单元中心引线和非封闭敏感单元中心引线的本征柔性基底之上，在所述本征柔性隔离膜上开两个通孔，其中，左通孔的中心位置位于全封闭敏感单元中心引线的右端，右通孔的中心位置位于非封闭敏感单元中心引线的左端；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述左通孔和右通孔中；在两块刚性平板上分别开螺旋型通透沟槽；将所述两块带有螺旋型通透沟槽的刚性平板作为全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具；将所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具放置于本征柔性隔离膜之上，确保所述全封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的左通孔的中心轴线重合，并确保所述半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽的中心轴线与所述本征柔性隔离膜上的右通孔的中心轴线重合；用溶液混合法将纳米导电粉末和液态高分子制备为复合式导电高分子，将所述复合式导电高分子注入所述全封闭复合式导电高分子制备模具和半封闭复合式导电高分子制备模具的螺旋型通透沟槽中进行硫化，将全封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子，将半封闭复合式导电高分子制备模具移除后余留在本征柔性隔离膜上的复合式导电高分子作为非封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子；用挤压式硫化成型法将室温硫化硅橡胶覆合于全封闭敏感单元的螺旋型复合式导电高分子之上形成顶层本征柔性绝缘膜，进而完成本征柔性温距传感探头的制备。
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