CN115112275A - 一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器 - Google Patents

一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器 Download PDF

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Abstract

本申请涉及包括应变检测层、主动驱动层和辅助驱动层，所述应变检测层与所述主动驱动层贴合，平置于支撑层之上；所述主动驱动层用于使所述压力传感器产生与压力方向相反的微小挠度；所述主动驱动层用于提供驱动力，当驱动力增加到一定大小，由所述应变检测层与所述主动驱动层组成的复合层薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离其支撑层表面；所述应变检测层可以检测薄膜变形，得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，根据变形模式转变临界点对应的驱动力大小可以得到待测压强值。本发明提出的薄膜式柔性压力传感器厚度超薄，容易实现和曲面表面的贴合，几乎不影响系统原有压强。所用材料均为线性本构且复合层薄膜仅发生小变形，因此该传感器具有超高线性度、良好的重复性和大测量量程。传感器的测量值不会受到柔性施压物体弹性模量和环境温度的影响。

Description

一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器
技术领域
本发明属于压力传感器设计技术领域，尤其涉及一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器。
背景技术
薄膜式柔性压力传感器较为轻薄，可以贴附于复杂的被测物表面测量压强，因此近年来获得了广泛的关注。例如，在医疗领域中，采用薄膜式柔性压力传感器可以贴附于足部测量足底压力分布，辅助医生为患者定制姿态矫具；在人体工程学中，采用薄膜式柔性压力传感器可以测量工程学椅面或床面的压力分布，为器具的设计提供参考数据。现有薄膜式压力传感器的主流设计思路为利用压力敏感材料的变形，将压力信号转换为电信号，通过测量电信号的大小测得压强。
由于实心平板状的压力敏感材料变形能力有限，用其制备的压力传感器通常无法实现较高灵敏度，因此许多学者致力于对压力敏感材料进行微结构设计，降低其结构刚度，使材料在压力作用下产生大变形，以提高传感器的灵敏系数。但是此类压力传感器采用的压力敏感材料中通常包含PDMS、Ecoflex等软材料，其材料本构的非线性及大变形的发生都会使得传感器的输出信号与压力信号为非线性关系，因此传感器在每次使用前都需要进行繁复的标定和清零操作。此外，也有部分学者对具有线性本构的无机材料(如金属)进行力学结构设计，在压力传感时材料仅发生小变形，实现了传感器的线性输出。但是此类压力传感器整体厚度较大(＞500μm)，因此弯曲刚度高，不利于传感器应用于生物医疗等场景；此外，较大的弯曲刚度还会改变具有柔性表面的系统原有压强，使得压强测量结果与实际不符。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，能够通过主动驱动复合层薄膜发生变形模式的转变并测量其应变反馈来得到物体表面压强分布。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器包括至少1个压力传感器单元，所述压力传感器单元包括应变检测层、主动驱动层和支撑层，所述应变检测层与所述主动驱动层贴合，平置于支撑层之上；
所述主动驱动层用于提供驱动力，当驱动力增加到一定大小，由所述应变检测层与所述主动驱动层组成的复合层薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离其支撑层表面；所述应变检测层可以检测薄膜变形，得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，根据变形模式转变临界点对应的驱动力大小可以得到待测压强值。
所述主动驱动层包含至少一个线圈，所述压力传感器还包括辅助驱动层，所述辅助驱动层包括至少一个线圈，所述支撑层为所述辅助驱动层的其中一部分，控制所述主动驱动层内的线圈与所述辅助驱动层内的线圈通有反向电流，可以产生让二者互斥的电磁驱动力；随着驱动力的增加，所述主动驱动层带动薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离其支撑层表面；所述应变检测层用于检测薄膜变形，以得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，进而判断待测压强。
所述的线圈对导电薄膜材料进行图案化形成得到平面线圈。
所述应变检测层包括应变栅构成的全桥电路、电桥供电端口以及电桥测量端口。所述全桥电路的电阻为四个电阻式应变栅。其中两个所述电阻式应变栅根据力学变形对称性放置，保证二者电阻值始终一致，另外两个所述电阻式应变栅分别非对称放置在复合层薄膜平面视图下的不同位置；
当薄膜的挠度变化时，另外两个所述非对称放置电阻式应变栅所在位置应变之差也发生改变，引发二者电阻差值变化；
当所述应变检测层工作时，由所述电桥供电端口提供电桥工作电压，在所述电桥测量端口测得由所述电阻式应变栅阻值差引起的电压。
将导电薄膜材料进行图案化以形成所述全桥电路中的四个所述电阻式应变栅，四个所述电阻式应变栅存在电气连接，所述全桥电路、所述电桥供电端口以及所述电桥测量端口之间存在电气连接。
所述全桥电路位置在复合层薄膜厚度方向上最外侧或最内侧绝缘层的里侧1层。
所述绝缘层为弹性模量较低且不易发生塑性变形的绝缘材料。
所述电桥供电端口所用材料为电导率与所述全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料。
所述电桥测量端口所用材料为电导率与全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料。
所述主动驱动层和所述辅助驱动层还各包括2个线圈端口。
当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，每个压力传感器单元上的电桥供电正极端口相互连通后接入外部电压源，每个压力传感器单元上的电桥供电负极端口连通后接入外部电压源，所述电桥供电正极端口和所述电桥供电负极端口接入同一外部电压源。
当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的电压测量端口的正极相互连通后再连通至通道选择器1的不同输入口，位于同一列或同一行的所有电压测量端口的负极相互连通后再连通至通道选择器2上的不同输入口。
当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的所有电压测量端口主动驱动层的正极一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器3，位于同一行列或同一列行的主动驱动层所有电压测量端口的另一个线圈端口负极相互连通后再连通至通道选择器4上的不同输入口，所有电压测量端口的正极和所有电压测量端口的负极不在同一行或同一列。
当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的辅助驱动层的一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器5，位于同一列或同一行的辅助驱动层的另一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器6上的不同输入口。
有益效果：本发明提出的薄膜式柔性压力传感器厚度薄，容易实现和曲面表面的贴合，几乎不影响系统原有压强。所用材料均为线性本构且复合层薄膜仅发生小变形，因此该传感器具有高线性度和好重复性。压力传感器的测量值不会受到环境温度的影响；
高线性度的优势：传感器容易进行标定，且进行清零操作后标定关系保持不变。
附图说明
图1是薄膜式柔性压力传感器的分层结构示意图；
图2是压力传感器单元的爆炸图；
图3是绝缘层1平面图；
图4是电桥及其供电层2平面图；
图5是绝缘层3平面图；
图6是上层线圈①4-1与电桥测量电压端口(1)4-2平面图；
图7是绝缘层5平面图；
图8是上层线圈②6-1与电桥测量电压端口(2)6-2平面图；
图9是绝缘层7及绝缘层15平面图；
图10是下层线圈①8、下层线圈②10及下层线圈③12平面图；
图11是绝缘层9、绝缘层11及绝缘层13平面图；
图12是地层12平面图；
图13是压力传感器单元工作时1/4模型侧面示意图；
图14是压力传感器单元应变检测层电路示意图；
图15是应变差随下层线圈电流的变化趋势图；
图16是不同压强下的临界电流值；
图17是3×3的压力传感器阵列的电桥及其供电层平面图；
图18是3×3压力传感器阵列的应变检测层电路示意图；
图19是3×3压力传感器阵列的线圈电路示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。如无特殊说明，本发明实施例所简述的方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
下面结合附图1-19对本申请进一步说明：
本发明提出了一种薄膜式柔性压力传感器。其功能组成包括应变检测层和主动驱动层，所述应变检测层和主动驱动层贴合。
所述主动驱动层包含一个或多个线圈，另有辅助驱动层包含一个或多个线圈，控制主动驱动层内线圈与辅助驱动层内线圈通有反向电流，可以产生让二者互斥的电磁驱动力。随着驱动力的增加，主动驱动层带动薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离支撑面，所述压力传感器产生与待测压强方向相反的微小挠度。所述应变检测层用于检测薄膜变形，以得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，根据变形模式转变临界点对应的驱动力大小可以得到待测压强值。
本发明的特征在于，传感器的厚度薄，其输出信号与压力信号具有高度线性关系，传感器的重复性好。
主动驱动层包括线圈和2个线圈端口。当设计有多个线圈的时候，优选对这些线圈采用串联或者并联的连接方式，以减小电气连接复杂度；多个线圈内的电流方向均相同；各个线圈采用叠层放置设计时，各层线圈间可以设计有绝缘层。辅助驱动层位于主动驱动层下层，包含线圈和线圈端口。当设计有多个线圈的时候，优选对这些线圈采用串联或者并联的连接方式，以减小电气连接复杂度；多个线圈内的电流方向均相同；各个线圈采用叠层放置设计时，各层线圈间可以设计有绝缘层；辅助驱动层内线圈电流和主动驱动层内线圈电流方向相反，因此主动驱动层和辅助驱动层间产生相互排斥的电磁力。当驱动力达到一定值时，主动驱动层将带动薄膜发生变形，产生微小挠度。
所述的线圈优选为对导电薄膜材料进行图案化形成得到平面线圈，以降低复合层薄膜的厚度，所述导电薄膜材料优选为电导率高的材料，如金属材料。所述多层线圈优选为多个平面线圈平面中心对齐叠层布置，各层线圈间由绝缘薄膜隔开。多层线圈设计可以在不增大电流或电压的情况下增加电磁力的大小，线圈平面中心对齐布置可以增加电磁力的大小。所述绝缘薄膜优选为弹性模量较低、不易发生塑性变形的绝缘材料，如聚酰亚胺(PI)。
电流大小会影响电磁驱动力的大小，因此通过线圈内电流大小调控电磁驱动力大小。可以选择同时控制主动驱动层内线圈电流大小和辅助驱动层内线圈电流大小，也可以固定一者的线圈电流大小、改变另一者的线圈电流大小。
应变检测层包括由应变栅构成的全桥电路、电桥供电端口、电桥测量端口。全桥电路的电阻为4个电阻式应变栅。其中2个电阻式应变栅根据力学变形对称性放置，保证二者电阻值始终一致；另外2个电阻式应变栅分别非对称放置在复合层薄膜平面视图下的不同位置，复合层薄膜的挠度变化时，2个电阻式应变栅所在位置应变之差也发生改变，引发二者电阻差值变化。应变检测层工作时，由电桥供电端口提供电桥工作电压，在电桥测量端口测得由电阻式应变栅阻值差引起的电压，根据这个电压随对驱动层内调控电流的变化曲线，获得复合层薄膜变形模式发生转变的临界电流，即可得到对压力传感器施加的待测压强大小。4个电阻式应变片受到温度的影响引发的电阻值改变是一样的，根据全桥电路原理，通过全桥电路连接后由温度引起的阻值改变在全桥电路的输出端(电压测量端口)得以消除。
优选将导电薄膜材料进行图案化以形成所述全桥电路中4个应变栅、应变栅之间电气连接和电路与端口间的电气连接，导电薄膜材料优选为阻值变化与形状变化具有线性关系的材料，如金属材料。全桥电路位置优选在复合层薄膜厚度方向上最外侧绝缘层的里侧1层，使得在相同挠度下应变栅的弯曲应变达到最大。
电桥供电端口优选材料为电导率与全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料，方便传感器的叠层设计与放置。也可以与全桥电路通过图案化设计在同一层内，减小压力传感器的厚度。
电桥测量端口优选材料为电导率与全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料，方便复合层薄膜的叠层设计与放置。也可以与全桥电路通过图案化设计在同一层内，减小压力传感器的厚度。
如果应变检测层存在多层设计，那么各层间应有绝缘层保证正确的电气连接。所述的绝缘层优选弹性模量较低、不易发生塑性变形的绝缘材料，如PI。
由于所用材料均为线性本构且复合层薄膜仅发生小变形，因此传感器的线性度高、重复性好。
传感器单元的设计还需根据电路排布，将各个导电层的长度或宽度做适当减小，这样在传感器阵列排布中可以起到各个传感器单元间的绝缘作用。
一个薄膜式压力传感器单元有多个端口，应变检测层包含1个电桥供电正极端口、1个电桥供电负极端口和2个电桥电压测量端口(称为电压测量端口(1)和电压测量端口(2))，主动驱动层包含至少1个线圈电流流入端口和至少1个线圈电流流出端口，辅助驱动层包含至少1个线圈电流流入端口和至少1个线圈电流流出端口(多个线圈方案中，采用串联或并联设计的线圈将共享电流流入端口和电流流出端口)。对于一个薄膜式压力传感器矩形阵列，需要设计传感器的端口和线路连接方式，以减少电气复杂度和减小复合层薄膜厚度，降低制造成本，方便测量操作。
对于电桥的供电电路，优选将所有压力传感器单元的电桥供电正极端口连通，所有电桥供电负极端口连通，接入到外部电压源，降低线路设计和控制的复杂度。也可以分别将同一行/同一列的电桥供电正极端口和同一列/同一行的电桥供电负极端口分别连通，再连接至一个或多个电压相同的电压源上，对需要进行工作的电桥供电。也可以选择将所有薄膜式压力传感器的电桥供电正极端口连接到一个通道选择器上，所有电桥供电负极端口连接到另一个通道选择器上，将这两个通道选择器分别接入电压源的正负极，通过外部控制设备选择每次对阵列中的一个压力传感器单元的电桥电路进行供电。
对于电桥电压测量电路，优选将各行(列)压力传感器单元的电压测量端口(1)分别连通至一个通道选择器(称为1号通道选择器)的各输入口上，假定第i行(列)的电压测量端口(1)接入到i号输入口；将和各列(行)的电压测量端口(2)分别连通至另一个通道选择器(称为2号通道选择器)的各输入口上，假定第j列(行)的电压测量端口(2)接入到j号输入口。将这两个通道选择器的输出口分别接入到电压测量仪器的2个电压输入口。当需要测量第i行(列)第j列(行)的压力传感器单元电桥电压时，通过通道选择器的外部控制设备，设定1号通道选择器选定i号输入口作为输出，设定2号通道选择器选定j号输入口作为输出。配合主动驱动层控制第i行(列)第j列(行)的压力传感器单元发生微小挠度，则该传感器单元的电桥处于不平衡状态，两个测量端口间电压不为0，即可在电压测量仪器上测得它的电桥输出电压。也可以选择为每个压力传感器单元配置单独通道选择器通道或单独的电压测量仪器进行电压测量。
对于线圈电流调控电路，优选将各行(列)线圈的电流流入端口分别连通至一个多路分解器(称为3号通道选择器)的各输出口上，假定第m行(列)的电流流入端口接入到m号输出口；将各列(行)线圈的电流流出端口分别连通至另一个多路分解器(称为4号通道选择器)的各输出口上，假定第n列(行)的电流流出端口接入到n号输出口。将这两个通道选择器的输入口接入到一台电流控制仪器。当需要调控第m行(列)第n列(行)压力传感器单元的某个线圈电路电流时，通过通道选择器的外部控制设备，设定3号通道选择器选定对m号输出口输出，设定4号通道选择器选定对n号输出口输出，即可调控第m行(列)第n列(行)压力传感器单元对应线圈电路电流。也可以选择为每组线圈调控电路配置单独多路分解器通道或单独的电流控制仪器进行电流控制。
图1为一种薄膜式柔性压力传感器复合层薄膜的分层结构示意图，包括2层上层线圈及其中间绝缘层5作为主动驱动层，2层上层线圈为串联连接，3层下层线圈及其中间绝缘层作为辅助驱动层，3层下层线圈为并联连接，电桥及其供电层和电桥测量电压端口作为应变检测层。图2为压力传感器单元的爆炸图。绝缘层1是方块尺寸为700μm×700μm×1μm的PI薄膜，其平面图如图3所示；电桥及其供电层2是方块尺寸为700μm×696μm×0.1μm的铜薄膜，其平面图如图4所示；绝缘层3是方块尺寸为700μm×700μm×1μm的PI薄膜，其平面图如图5所示；上层线圈①4-1和电桥测量电压端口(1)4-2在物理空间上均放置在第4层，总体是方块尺寸为700μm×696μm×0.3μm的铜薄膜，上层线圈①4-1的平面尺寸为88μm×88μm，导线宽度为1μm，导线间距为1μm，其平面图如图6所示；绝缘层5是方块尺寸为700μm×700μm×1μm的PI薄膜，其平面图如图7所示；上层线圈②6-1和电桥测量电压端口(2)6-2在物理空间上均放置在第6层，总体是方块尺寸为696μm×700μm×0.3μm的铜薄膜，上层线圈②6-1的平面尺寸为88μm×88μm，导线宽度为1μm，导线间距为1μm，其平面图如图8所示；绝缘层7、绝缘层15是方块尺寸为700μm×700μm×1μm的PI薄膜，其平面图如图9所示；下层线圈①8、下层线圈②10、下层线圈③12是方块尺寸为700μm×696μm×1μm的铜薄膜，线圈平面尺寸为500μm×500μm，导线宽度为1μm，导线间距为1μm，其平面图如图10所示；绝缘层9、绝缘层11、绝缘层13是方块尺寸为700μm×700μm×1μm的PI薄膜，其平面图如图11所示；地层14是方块尺寸为696μm×700μm×0.1μm的铜薄膜，其平面图如图12所示。压力传感器整体厚度仅有11.8μm，在工作时放置于平整光滑硬底上，如图13所示为压力传感器单元工作时1/4模型侧面示意图。
应变检测层分布于层1-6，主动驱动层分布于层4-6，辅助驱动层分布于层7-15。辅助驱动层中，下层线圈①8、下层线圈②10和下层线圈③12为并联连接，它们的电流流入端口在压力传感器单元外部连结在一起，它们的电流流出端口通过埋孔19中铜柱(半径1μm)连结到地层14。由于下层线圈①8、下层线圈②10和下层线圈③12的设计相同，所有它们的阻抗相同，因此在工作时流经它们的电流大小也相同。主动驱动层中，上层线圈①4-1和上层线圈②6-1为串联连接，电流流入端口处于上层线圈①4-1，电流流出端口处于上层线圈②6-1，即电流从上层线圈①4-1流至上层线圈②6-1。传感器单元工作时，控制主动驱动层线圈电流不变，调控辅助驱动层中线圈电流，主动驱动层内线圈电流方向与辅助驱动层内线圈电流方向相反。当辅助驱动层中线圈电流逐渐增大时，两驱动层的互斥电磁力也逐渐增大，最终主动驱动层底面局部区域脱离辅助驱动层，带动应变检测层产生待测压强方向相反的微小挠度。如图13所示，对压力传感器单元施加6kPa的压强，主动驱动层内线圈电流为50mA。辅助驱动层内线圈电流为0时，方形区域整体与辅助驱动层贴合；当辅助驱动层内线圈电流Ib达到I0时，电磁驱动力增大到与在上层线圈分布区域内与压强作用达到平衡，主动驱动层底面中心区域处于即将与辅助驱动层脱离的变形模式临界点，而主动驱动层底面中心区域之外到平面视图中的上层线圈分布区域已和辅助驱动层脱离。继续增大辅助驱动层内线圈电流Ib，主动驱动层底面中心区域也与辅助驱动层脱离，平面视图中的上层线圈分布区域外的主动驱动层底面则即将脱离辅助驱动层。
应变检测层运作组成为一个全桥电路，其电路示意图如图14所示。电桥上4个电阻分别对应电桥及其供电层2上的4个应变栅，应变栅之间的铜薄膜起到电气连接作用。在同一层内，应变栅2-1与应变栅2-2之间铜薄膜向外连接至应变检测层供电电源正极，应变栅2-3与应变栅2-4之间铜薄膜向外连接至应变检测层供电电源负极。应变栅2-1与应变栅2-4之间铜薄膜通过埋孔17中的铜柱(半径1μm)连接向下连接至电桥测量电压端口(1)4-2，应变栅2-2与应变栅2-3之间铜薄膜通过埋孔16中的铜柱(半径1μm)向下连接至电桥测量电压端口(2)6-2。由于埋孔17穿过层4的铜薄膜，为了避免埋孔17中的铜柱与层4中的铜薄膜导通，因此在层4的埋孔17处腐蚀半径3μm的孔。应变检测层工作时，由供电电路为其供电。电桥及其供电层2的层内应变会引起应变栅电阻值发生变化。由于对称性，应变栅2-2与应变栅2-3的应变分布相同，其电阻值也将始终保持一致，所以根据两个电桥测量电压端口测得的电压V1即可获得应变栅2-1与应变栅2-4的应变差。
图15所示为在不同压强作用下，应变栅2-1与应变栅2-4处的应变差随辅助驱动层中线圈电流Ib的变化图，不同的线标注形状代表不同的压强。当电流Ib达到复合层薄膜变形模式转变临界所需的临界电压值I0时，应变栅2-1与应变栅2-4的应变差达到最小值，即此时电桥测量电压端口(1)与电桥测量电压端口(2)间的电压V1达到最小值。图16为电桥测量电压端口(1)与电桥测量电压端口(2)间的电压V1达到最小值时所需的辅助驱动层中线圈电流Ib。测量时记录电桥测量电压端口(1)与电桥测量电压端口(2)间的电压V1与辅助驱动层中线圈电流Ib的关系，根据V1达到最小值时对应的I0，即可得知施加在压力传感器上的待测压强。二者在传感器的量程范围内保持高度线性关系。
如图17所示为一个3×3的压力传感器阵列的电桥及其供电层平面图。由于电桥及其供电层2的宽度小于700μm，因此同行的压力传感器单元在该层边界导通，同列的不导通。在层4、层6、层8、层10、层12和层14中也有类似处理。图18为该3×3压力传感器阵列的应变检测层电路示意图。压力传感器阵列工作时，所有压力传感器单元的电桥都连接在电源上，即处于工作状态。每一列压力传感器单元的电桥测量电压端口(1)与通道选择器1的一个输入口连接，规定列号与输入接口号一致；每一行电桥的电桥测量电压端口(2)与通道选择器2的一个输入口连接，规定行号与输入接口号一致。传感器阵列工作时，所有电桥的工作供电端口连接到同一电压源上，保证它们的工作电压均为Vdd，在此例中Vdd为5V。当需要测量第(k)个压力传感器单元(位于第i行第j列)的应变栅(k)-1与应变栅(2)-4间的电压时，控制通道选择器1切换到第j个接口，通道选择器2切换到第i个接口，测量通道选择器1与通道选择器2之间的电压即可。
图19为传感器阵列的线圈控制电路示意图。每一行线圈电流流入端口与通道选择器3的一个输出口连接，规定行号与输出接口号一致；每一列线圈电流流出端口与通道选择器4的一个输出口连接，规定列号与输出接口号一致。当需要控制第(k)个压力传感器单元(位于第i行第j列)的线圈电流时，控制通道选择器3切换到第i个接口，通道选择器4切换到第j个接口，调整多路分解器1与多路分解器2之间的输入电流即可。
应变检测层中电桥电路的四个电阻式应变片栅受到温度的影响引发的电阻值改变是一样的，根据全桥电路原理，通过全桥电路连接后由温度引起的阻值改变在全桥电路的输出端(电压测量端口)得以消除，因此可以不受温度的影响。
电桥供电电路指的是阵列设计里面，所有单元的供电端口与外部供电器件的连接电路。
电桥电压测量电路指的就是阵列里所有单元的测量端口与外部电压测量设备的连接电路。
传感器可加额外封装，也可不再进行另外封装。
微小挠度是力学上的一个概念，它指的是小变形，变形后的受力可以根据变形前的进行分析，几乎不会有影响。
“超薄”的定义：厚度小于20微米。
中性层：薄板纯弯曲时，应变为0的位置。
聚酰亚胺(PI)
聚二甲基矽氧烷(PDMS)
以上所述，仅是本发明的一个实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (17)

1.一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，包括至少1个压力传感器单元，所述压力传感器单元包括应变检测层、主动驱动层和支撑层，所述应变检测层与所述主动驱动层贴合，平置于支撑层之上。
2.所述主动驱动层用于提供驱动力，当驱动力增加到一定大小，由所述应变检测层与所述主动驱动层组成的复合层薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离其支撑层表面；所述应变检测层可以检测薄膜变形，得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，根据变形模式转变临界点对应的驱动力大小可以得到待测压强值。
3.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述主动驱动层包含至少一个线圈，所述压力传感器还包括辅助驱动层，所述辅助驱动层包括至少一个线圈，所述支撑层为所述辅助驱动层的其中一部分，控制所述主动驱动层内的线圈与所述辅助驱动层内的线圈通有反向电流，可以产生让二者互斥的电磁驱动力；随着驱动力的增加，所述主动驱动层带动薄膜发生变形模式的转变，局部区域脱离其支撑层表面；所述应变检测层用于检测薄膜变形，以得到薄膜变形随所述驱动力的变化趋势，进而判断待测压强。
4.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述的线圈对导电薄膜材料进行图案化形成得到平面线圈。
5.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述应变检测层包括应变栅构成的全桥电路、电桥供电端口以及电桥测量端口。所述全桥电路的电阻为四个电阻式应变栅。其中两个所述电阻式应变栅根据力学变形对称性放置，保证二者电阻值始终一致，另外两个所述电阻式应变栅分别非对称放置在复合层薄膜平面视图下的不同位置。
6.当复合层薄膜的变形模式发生转变时，另外两个所述非对称放置的电阻式应变栅所在位置应变之差也发生改变，引发二者电阻差值变化。
7.当所述应变检测层工作时，由所述电桥供电端口提供电桥工作电压，在所述电桥测量端口测得由所述电阻式应变栅阻值差引起的电压。
8.根据权利要求5所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，将导电薄膜材料进行图案化以形成所述全桥电路中的四个所述电阻式应变栅，四个所述电阻式应变栅存在电气连接，所述全桥电路、所述电桥供电端口以及所述电桥测量端口之间存在电气连接。
9.根据权利要求6所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述应变感应层位置在复合层薄膜厚度方向上最外侧或最内侧绝缘层的里侧1层。
10.根据权利要求7所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述绝缘层为弹性模量较低且不易发生塑性变形的绝缘材料。
11.根据权利要求5所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述电桥供电端口所用材料为电导率与所述全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料。
12.根据权利要求5所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述电桥测量端口所用材料为电导率与全桥电路材料电导率相同量级或更高量级的导电薄膜材料。
13.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，所述主动驱动层和所述辅助驱动层还各包括2个线圈端口。
14.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，每个压力传感器单元上的电桥供电正极端口相互连通后接入外部电压源，每个压力传感器单元上的电桥供电负极端口连通后接入外部电压源，所述电桥供电正极端口和所述电桥供电负极端口接入同一外部电压源。
15.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的电压测量端口的正极相互连通后再连通至通道选择器1的不同输入口，位于同一列或同一行的电压测量端口的负极相互连通后再连通至通道选择器2上的不同输入口。
16.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的主动驱动层的一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器3，位于同一列或同一行的主动驱动层的另一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器4上的不同输入口。
17.根据权利要求1所述的一种可主动驱动变形的薄膜式柔性压力传感器，其特征在于，当所述压力传感器包括至少两个压力传感器单元时，位于同一行或同一列的辅助驱动层的一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器5，位于同一列或同一行的辅助驱动层的另一个线圈端口相互连通后再连通至通道选择器6上的不同输入口。
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