CN116358402A - 含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法,包括:柔性基底,缝阵列结构,所述缝阵列结构包括多条交错排列、设置在所述柔性基底上的贯穿缝结构,所述缝结构的排布方式为基本交错缝单元结构横向或纵向的扩展排布;电感电路,所述电感电路避开所述缝阵列结构、弯折设置在所述柔性基底上,使电感电路穿插包围缝阵列结构,当基底受到拉伸时,电感电路随基底发生形变;保护层,所述保护层覆盖并保护所述电感电路所在区域。本发明由于缝阵列的存在,大大提升了结构的应变检测范围,电感的应变检测方式克服了传统柔性电路电阻检测方式灵敏度不足的问题,使结构可以应用于高灵敏、大量程的应变检测。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,尤其涉及一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法。
背景技术
现有技术中,应变检测传感器难以实现应变高灵敏检测的同时兼顾大的检测范围。目前,基于表面裂缝的柔性传感器可以实现高灵敏应变检测,但是此类型传感器的应变可检测范围小,当施加的刺激导致表面裂缝断裂时,表面的导电材料不发生接触,传感器达到应变检测量程最大值。而基于超拉伸材料的柔性应变传感器可以实现基于自身长度几倍甚至几十倍的量程检测范围,但是超拉伸材料受环境因素影响大,材料获取工艺繁琐,信号检测方式复杂,难以实现高灵敏应变检测和复杂环境下的检测。
因此,现有传感器技术仍需进一步改进与发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法,旨在解决现有传感器的高灵敏应变检测和大量程应变检测难以兼顾的问题。
本发明的技术方案如下:
本发明的第一方面,提供一种含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,包括:
柔性基底,
缝阵列结构,所述缝阵列结构包括多条交错排列、设置在所述柔性基底上的贯穿缝结构,所述缝结构的排布方式为基本交错缝单元结构横向或纵向的扩展排布;
电感电路,所述电感电路避开所述缝阵列结构、弯折设置在所述柔性基底上,使电感电路穿插包围缝阵列结构,当基底受到拉伸时,电感电路随基底发生形变;
保护层,所述保护层覆盖并保护所述电感电路所在区域。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述基本交错缝单元结构的排布方式为:三条缝a,b,c与x轴平行排布,缝a、缝b的中心位置距离x轴相同,缝c与缝a,缝b之间在y方向上有间距,对缝a、b相邻尖端的连线取中点,与缝c的中心连接,连线与x轴垂直,三条缝之间成交错排布。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述缝阵列结构的缝尖端设置为圆形,所述圆形的直径大于或等于缝的宽度。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述缝结构两侧设置的电感电路,采用蛇形电路排布方式设置或采用回形电路排布方式设置。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述保护层采用柔性材料制备而成。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述柔性基底为可弯曲的基底。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,
所述柔性基底的边界形状为长方形、外凸型或内凹型。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其中,所述电感电路的弯折拐角为:90度直角,弧形拐角或多边形拐角。
所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其,所述柔性基底的制备材料为PDMS材料,聚酰亚胺薄膜,或纸。
一种如任一项所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器的制备方法,其中,包括步骤:
柔性基底制作步骤:在平面基底上制备柔性基底膜,基底膜厚度根据制备的工艺参数实现控制,形成柔性基底;
电感电路制作步骤:在柔性基底上制备出设计好的金属电路,金属电路包括:电感电路和金属触点两部分;
保护层制备步骤:在电感电路上方制备柔性保护层,柔性保护层覆盖电感电路部分,露出金属触点部分;
缝阵列结构刻缝步骤:在制备好电感电路的柔性基底上刻出缝阵列结构,缝阵列结构的缝结构贯穿保护层和柔性基底层;
传感器分片制作步骤:对位于平面基底上的柔性基底膜和金属电路进行划切分片,将位于平面基底上的、分片完成的传感器揭下,制备完成。
有益效果:本发明提供的一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法,当外界施加的形变刺激使传感器的柔性基底形变时,缝阵列结构受到拉伸,产生形变,由于缝阵列的存在,基底材料将平面内拉伸转变为平面外弯曲,大大提升了结构的拉伸程度,提高了结构可检测的应变范围。位于缝阵列周围的电感电路由于基底的形变,导致电感电路的间距发生变化,进而导致电路的自感发生变化,通过检测电路的自感值的变化程度,确定应变的大小。相较于传统的在柔性基底上添加电阻,通过结构形变使电阻产生变化的应变检测方法,电感检测方式将缝结构两侧的距离变化转换为电路电感值的变化,具有更高的灵敏度。缝阵列和电感检测电路的组合使柔性传感器具有更高的灵敏度和更大的检测范围。
附图说明
图1为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器示意图。
图2为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器层结构示意图。
图3为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的含缝基底的拉伸示意图。
图4为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的单个缝的拉伸形变示意图。
图5为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的缝阵列参数示意图。
图6为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的单个缝尖端示意图。
图7为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的相邻电感距离变化示意图。
图8为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器回型排布电感电路。
图9为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器不同的柔性基底边界形状。
图10为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器制作流程图。
具体实施方式
本发明提供一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
请同时参阅附图,本发明提供了一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的一些实施例。
如图1和图2所示,本发明的一种含缝阵列的电感柔性应变传感器,包括:柔性基底1,刻蚀在柔性基底1上的缝阵列结构2,以及附着在柔性基底1上的电感电路3和覆盖在电感电路3上的保护层4。
本发明实施例,如图3所示,所述缝阵列结构2包括多条交错排列、设置在所述柔性基底1上的贯穿缝结构21;所述电感电路3避开所述缝阵列结构2、弯折设置在所述柔性基底1上。
其中,所述柔性基底1采用弹性模量较低的材料或者厚度比较薄的材料制备,基底受力时可以发生弯曲,方便在所述柔性基底1上刻蚀缝阵列结构2,添加电感电路3,和添加保护层4。具体地:所述柔性基底1的制备材料可以为PDMS材料,聚酰亚胺薄膜,或纸等柔性可弯曲材料。所述柔性基底1的长度宽度和厚度依据应用场景的要求确定。
可见,本发明实施例的含缝阵列的电感柔性应变传感器,由于采用包括:柔性可弯曲的柔性基底,基底上刻蚀阵列排布的缝结构,感知基底形变的电感电路和保护层。其特征在于柔性基底上刻蚀或划刻不同参数排布的缝阵列结构,电感电路包围缝阵列结构,采用电感的检测方式检测柔性基底材料的形变。
本发明实施例的含缝阵列的电感柔性应变传感器检测机理为:当待检测物体的形变变化导致本发明的柔性应变传感器产生形变,导致柔性基底上电路的自感产生变化,通过检测传感器的自感变化,确定传感器的形变程度。传感器基底上电路的自感:由毕奥.萨伐尔定律可知,当电流流经传感器基底上的金属导线时,会在导线周围产生逐渐减小的磁场,通电导线周围磁场的计算方式如公式1:
其中,μ0为常数,I为电流,R为所取点到导线的距离。当距离导线越远时,导线所产生的磁场越小。由法拉第电磁感应定律,当电路中的电流发生变化时,导线周围的磁场发生变化,因此产生磁通量的变化,磁通量的变化会导致在导线中产生感应电动势,且电动势总会阻碍导线中原有的电流变化,所产生的感应电动势即为自感电动势,计算方式如公式2:
其中,ΔI为导线中电流的变化,Δt为时间变化,L为电路的自感系数。自感系数L的大小仅与电路线圈的几何形状、匝数和周围介质的性质有关。线圈越长,单位长度上匝数越多,截面积越大,自感系数就越大。对于本专利中的传感器,当含缝结构的柔性基底受到拉伸时,如图7所示,基底发生形变,缝结构两侧受到拉伸,将面内拉伸转变为面外弯曲,使缝结构两侧的导线距离由d0增加至d1,距离增加导致电路之间磁场的影响减小,降低电路的电感值。因此可以通过检测电感的方式检测传感器本身的形变情况。当外界施加的形变刺激使传感器的柔性基底形变时,缝阵列结构受到拉伸,产生形变,由于缝阵列的存在,基底材料将平面内拉伸转变为平面外弯曲,大大提升了结构的拉伸程度,提高了结构可检测的应变范围。相较于传统的在柔性基底上添加电阻,通过结构形变使电阻产生变化的应变检测方法,电感检测方式将缝结构两侧的距离变化转换为电路电感值的变化,具有更高的灵敏度。缝阵列和电感检测电路的组合使柔性传感器具有更高的灵敏度和更大的检测范围。
本发明实施例中,如图4所示,可以在整个柔性基底层1上方,包括电感电路3都设置保护层4,当然另外的实施例中,保护层4可以不全覆盖,只覆盖电感电路3部分就可以。
本发明实施例中,缝结构21的排布方式为基本交错缝单元结构横向或纵向的扩展排布,如图1所示,基本交错缝单元结构的排布方式为:三条缝a,b,c与x轴平行排布,缝a、b的中心位置距离x轴相同,缝c与缝a,缝b之间在y方向上有间距,对缝a、b相邻尖端的连线取中点,与缝c的中心连接,连线与x轴垂直,三条缝之间成交错排布。这样,本发明实施例中,如图3b所示,当含有缝阵列的柔性基底在受到拉伸时,由于交错缝结构21的存在,使缝结构21两侧的柔性基底产生面外弯曲,使缝结构21的张开角度变大,提升了柔性基底的拉伸程度。位于缝结构21两侧的电感电路之间的距离增加,电路的电感值发生变化。
本发明实施例中,较佳地,所述缝阵列结构2是指刻蚀在柔性基底1和保护层4上的有一定规格参数的贯穿缝结构。如图3所示,由于缝阵列结构2的存在,当柔性基底1在受到拉伸载荷时,缝两侧的柔性基底被贯穿的缝结构释放,由于柔性基底的易弯曲特性,平面内的拉伸转变为面外弯曲。如图4所示,缝两侧的形变表现为一侧向上弯曲,一侧向下弯曲,特殊的,当改变缝阵列的参数时,缝两侧的形变也可表现为向同一侧弯曲。由于缝阵列的存在,柔性基底的形变相互叠加,因此缝阵列结构2大大提升了柔性基底材料的形变范围。
本发明实施例中,采用电感电路3位于柔性基底1上,电感电路3穿插包围缝阵列结构2,柔性基底受到拉伸时,电感电路3随柔性基底发生形变。本发明实施例中所述柔性基底1上包含至少一组电感电路,用于检测传感器的应变情况。特殊的,柔性基底上含有多组电感电路,电感电路相互配合,感知柔性基底不同位置的应变情况,可以感知柔性基底的拉伸、卷曲、扭转情况。
在一种实施方式中,本发明的缝阵列结构2包含至少一条贯穿柔性基底1和保护层4的缝结构21。不同参数缝结构的组合使柔性基底产生不同的形变情况,缝结构参数依据使用场景变化,可变参数包括:基本交错缝单元结构x向和y向的个数,横向缝长度,缝宽度,缝横向间距,缝纵向间距,边界缝与基底边界的距离,电感电路的宽度、厚度,与缝之间的横向距离和纵向距离,电路极点的大小、位置和形状。
具体地,缝阵列结构2的不同参数会对拉伸之后结构的形变产生不同的影响。如图5所示,缝阵列结构2包含的参数为:基本交错缝单元结构x向和y向的个数,横向缝长度l,缝宽度w,缝横向间距w0,缝纵向间距h0,边界缝与基底边界的距离w1。所述电感电路3的参数包括:电感电路3的宽度w2、厚度t2,电感电路3与缝之间的横向距离w2和纵向距离h1,电路极点的大小、位置和形状。以上参数均可设计为变量。依据应用场景的不同,设计缝阵列结构2的参数,如需要提升结构的拉伸性能,则需要提升缝的排布密度:如增加缝的横向长度l,减小缝的纵向间距h。
本发明实施例中,为提升柔性基底1的可拉伸程度,将柔性基底1上的缝阵列结构2的缝尖端设计为圆形,圆形的直径大于或等于缝的宽度,如图6所示,图6为本发明实施例一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的单个缝尖端示意图。当含缝的柔性基底受到拉伸产生形变时,缝结构21的形变终点为缝两侧的尖端位置,为提升缝结构可承受的拉力,将尖端设计为圆形,可以将应力更均匀的集中在弧形的尖端上。提升了结构的可拉伸范围。
本发明实施例所述的一种含缝阵列的电感柔性应变传感器,柔性基底上的电感电路的排布缝结构穿插排布在柔性基底1上,在缝结构两侧包含电感电路,所述电感电路的排布方式可以是蛇形排布也可以是回字形排布。不同的电感排布方式对基底不同形变效果响应不同,蛇形排布对基底的拉伸检测效果好,而回字形排布对基底的整体弯曲情况检测效果好。依据检测场景的需求,确定电路的排布方式。电感电路的拐角可以设置为:90度直角,弧形拐角或多边形拐角
具体地,由于所述缝阵列结构设置在所述柔性基底上,则本发明通过采用电感电路3的方式检测柔性基底1的材料形变情况,如图7所示。缝结构两侧布置电感电路3,对于蛇形电路排布,当电感电路3通电时,相邻的两个电路中电流方向相反,产生的磁场影响内部电流的流动,产生电感。当含缝结构21的柔性基底1受到拉伸时,柔性基底1发生形变,缝结构21两侧受到拉伸,形变程度增加,缝结构21两侧的电路距离增加,因此产生磁场的影响减小,电感值降低。传统的应变检测方式为电阻检测,即在柔性基底1上布置阻性电路,当结构受到拉伸时,电阻的结构参数变化,电阻值发生改变。但含缝结构21的柔性基底1在受到拉伸时,面内拉伸转变为面外弯曲,对电阻变化影响明显的面内拉伸作用效果降低,因此柔性基底1弯曲时电阻变化不明显,电感的检测方式与传统的电阻检测方式相比,提升了柔性基底形变的检测灵敏度。
在一种实施方式中,图1中为两组蛇形排布的电感电路3,电感电路3在缝结构21的尖端位置弯折,蛇形穿过每一个缝结构21,电感电路3的引出极点位于电感电路两侧;蛇形排布的电感电路由于距离最近的两条电路之间电流方向相反,因此每一条缝结构21的拉伸情况均会对电感产生影响,因此,蛇形排布的电感电路3灵敏度更高。
本发明另一种实施试中,如图8所示,图8中为一组回形排布的电感电路(如图8中的31),电感电路在柔性基底两侧边缘绕过,穿过每一条孔缝(如图8所示的21)的两侧,在回形排布的电路中,上下两部分的缝两侧电感电路中的电流方向相同,此时单个缝拉伸所产生的形变对整体电感影响较小,而与中心互为对称的电感电路之间的电流方向相反,因此整体结构的弯曲情况对电路的电感影响较大,因此回形排布的电感电路对柔性基底的整体弯曲情况敏感。根据传感器的检测需要,确定两种排布方式在柔性基底上的排布位置和排布密度。如:对应用场景为需要检测基底两侧的拉伸情况和基底中部的弯曲情况,则在基底两侧采用蛇形排布,在基底中心采用回形排布。当由于不同的缝阵列排布导致基底将拉伸形变转变为基底的扭转时,采用两组沿轴线对称的蛇形排布电路,来检测柔性基底的扭转情况。
在一种实施方式中,所述电感电路3的弯折拐角可以是:90度直角,弧形拐角或多边形拐角。不同的拐角方式对电感电路3受到拉伸时的影响情况不同,可以依据应用场景和制备工艺确定拐角的方案。如需要结构适应大的拉伸程度,则将电路拐角设计为弧形拐角或者多边形拐角。由于弧形拐角和多边形拐角在受到拉伸时应力可以分布在拐角边缘,与直角拐角相比降低了应力的集中程度,因此提升了结构的抗拉伸性能。
在一种实施方式中,本发明保护层4覆盖于电感电路3上,用于防尘、防水等隔绝外界干扰信息,保护层4包含与柔性基底1材料参数一致的孔缝结构,电感电路的电极位置不含有保护层。具体地,所述保护层4采用柔性材料制备而成,所述保护层4的制备材料可以与所述柔性基底1的制备材料相同,也可以与柔性基底1的材料不同。保护层4的作用为当柔性基底1受到拉伸时保护电感电路3在受到拉伸时电路不发生断裂,同时柔性基底1材料保护电感电路3隔绝外界信号干扰,具备防尘防水的作用。
在一种实施方式中,所述柔性基底1为可弯曲的基底,所述柔性基底1的边界形状依据使用场景设计为长方形、外凸型和内凹型或上述形状组合设置等。如图9所示,外凸型的柔性基底边界设计由于缝的横向长度更长,结构在拉伸时形变程度更大,提升结构的灵敏度。内凹型的柔性基底边界设计在受到拉伸时,由于中心位置的基底宽度更小,形变弯曲主要集中在中心位置,配合不同的电路排布方式可以实现传感器检测量程的提升。
可见,本发明实施例提供的一种含缝阵列的电感柔性应变传感器,由于采用包括:柔性可弯曲的柔性基底,柔性基底上刻蚀阵列排布的缝结构,感知基底形变的电感电路和保护层。所述含有缝阵列的柔性基底在到拉伸应变时,由于缝阵列的存在,将基底的平面内拉伸转换为平面外弯曲,大大提升了结构的拉伸程度,提高了结构可检测的应变范围。位于缝阵列周围的电感电路由于基底的形变,导致电感电路的间距发生变化,进而导致电路的自感发生变化,通过检测电路的自感值的变化程度,确定应变的大小。由于缝阵列的存在,大大提升了结构的应变检测范围,电感的应变检测方式克服了传统柔性电路电阻检测方式灵敏度不足的问题,使结构可以应用于高灵敏、大量程的应变检测。
基于上述实施例的含缝阵列的电感柔性应变传感器,如图10所示,本发明还提供了一种含缝阵列的电感柔性应变传感器的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1,柔性基底制作:在平面基底(如硅片,玻璃基板等)上采用旋涂、溅射、喷涂等方式制备柔性基底膜,基底膜厚度可根据制备的工艺参数实现控制,形成柔性基底。
步骤S2,电感电路制作:在柔性基底上采用丝网印刷、光刻、离子溅射、喷涂、剥离等方式,制备出设计好的金属电路,金属电路包括:电感电路和金属触点两部分。
步骤S3,制备保护层:在前两步的基础上,采用喷涂、压膜、旋涂等方式,制备柔性保护层,柔性保护层覆盖电感电路部分,露出金属触点部分。
步骤S4,缝阵列结构刻缝步骤:在制备好电感电路的柔性基底上刻出缝阵列结构,缝阵列结构的缝结构贯穿保护层和柔性基底层。具体,例如进行刻蚀/划刻缝阵列:在制备好的材料上采用激光烧蚀、刻刀划刻、溶液腐蚀等方式制备出设计的缝阵列,缝阵列贯穿保护层和柔性基底层。
步骤S5,传感器分片制作步骤:对位于平面基底上的柔性基底膜和金属电路进行划切分片,将位于平面基底上的、分片完成的传感器揭下,制备完成。
本发明实施例,在制备方法中,可以在同一批次的平面基底上设计不同阵列参数的缝结构。柔性基底可以选用不同尺寸排布。电感电路可以选择不同参数,如宽度等。电感电路的电极位置露出,用于后续焊接引线,将电感信号引出。
刻蚀的孔缝贯穿保护层和柔性基底,在制备过程中一次性将缝结构制作出来,避免后续加工过程中孔缝参数不一致,保证缝结构的均一性。保护层覆盖电感电路所在区域,用于隔绝外界干扰,如水、灰尘等等。用于提升传感器的耐久性。
综上所述,本发明提供的一种含缝阵列的电感柔性应变传感器及制备方法,当外界施加的形变刺激使传感器的柔性基底形变时,缝阵列结构受到拉伸,产生形变,由于缝阵列的存在,基底材料将平面内拉伸转变为平面外弯曲,大大提升了结构的拉伸程度,提高了结构可检测的应变范围。位于缝阵列周围的电感电路由于基底的形变,导致电感电路的间距发生变化,进而导致电路的自感发生变化,通过检测电路的自感值的变化程度,确定应变的大小。相较于传统的在柔性基底上添加电阻,通过结构形变使电阻产生变化的应变检测方法,电感检测方式将缝结构两侧的距离变化转换为电路电感值的变化,具有更高的灵敏度。缝阵列和电感检测电路的组合使柔性传感器具有更高的灵敏度和更大的检测范围。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,包括:
柔性基底,
缝阵列结构,所述缝阵列结构包括多条交错排列、设置在所述柔性基底上的贯穿缝结构,所述缝结构的排布方式为基本交错缝单元结构横向或纵向的扩展排布;
电感电路,所述电感电路避开所述缝阵列结构、弯折设置在所述柔性基底上,使电感电路穿插包围缝阵列结构,当基底受到拉伸时,电感电路随基底发生形变;
保护层,所述保护层覆盖并保护所述电感电路所在区域。
2.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述基本交错缝单元结构的排布方式为:三条缝a,b,c与x轴平行排布,缝a、缝b的中心位置距离x轴相同,缝c与缝a,缝b之间在y方向上有间距,对缝a、b相邻尖端的连线取中点,与缝c的中心连接,连线与x轴垂直,三条缝之间成交错排布。
3.根据权利要求2所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述缝阵列结构的缝尖端设置为圆形,所述圆形的直径大于或等于缝的宽度。
4.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述缝结构两侧设置的电感电路,采用蛇形电路排布方式设置或采用回形电路排布方式设置。
5.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述保护层采用柔性材料制备而成。
6.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述柔性基底为可弯曲的基底。
7.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,
所述柔性基底的边界形状为长方形、外凸型或内凹型。
8.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述电感电路的弯折拐角为:90度直角,弧形拐角或多边形拐角。
9.根据权利要求1所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器,其特征在于,所述柔性基底的制备材料为PDMS材料,聚酰亚胺薄膜,或纸。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的含缝阵列的电感柔性应变传感器的制备方法,其特征在于,包括步骤:
柔性基底制作步骤:在平面基底上制备柔性基底膜,基底膜厚度根据制备的工艺参数实现控制,形成柔性基底;
电感电路制作步骤:在柔性基底上制备出设计好的金属电路,金属电路包括:电感电路和金属触点两部分;
保护层制备步骤:在电感电路上方制备柔性保护层,柔性保护层覆盖电感电路部分,露出金属触点部分;
缝阵列结构刻缝步骤:在制备好电感电路的柔性基底上刻出缝阵列结构,缝阵列结构的缝结构贯穿保护层和柔性基底层;
传感器分片制作步骤:对位于平面基底上的柔性基底膜和金属电路进行划切分片,将位于平面基底上的、分片完成的传感器揭下,制备完成。
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CN117128848A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 中国科学技术大学 | 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 |
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
CN116895859A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-10-17 | 杭州高特电子设备股份有限公司 | 一种储能电池安全阀检测传感器、检测装置和储能电池 |
CN116895859B (zh) * | 2023-09-07 | 2024-01-12 | 杭州高特电子设备股份有限公司 | 一种储能电池安全阀检测传感器、检测装置和储能电池 |
CN117128848A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 中国科学技术大学 | 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 |
CN117128848B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-03-29 | 中国科学技术大学 | 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 |
CN118518001A (zh) * | 2024-07-23 | 2024-08-20 | 吉林大学 | 一种含缝阵列的电阻柔性应变传感器及其制备方法 |
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