CN205482781U - 一种柔性拉伸应变型传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于传感器领域，提供了一种柔性拉伸应变型传感器。所述柔性拉伸应变型传感器，包括敏感单元和金属电极，所述敏感单元具有哑铃型结构，包括拉伸部和分别与所述拉伸部两端相连的一组端部，所述金属电极与所述端部卡扣连接。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种柔性拉伸应变型传感器。
背景技术
应变型传感器是一种能将机械形变信息转换成电阻或电容等电信号输出的一种装置。自1885年英国物理学家开尔文发现金属在承受压力(拉力或扭力)后产生应变电阻效应以来，金属、金属合金及具有压阻效应的半导体材料成为应变型传感器敏感单元的主要敏感材料。随着科技的快速发展，生物力学检测、康复医疗、智能机器人、可穿戴设备等领域复杂结构的力学测量，不但要求传感器要具备良好的应力-电阻特性，而且要有优秀的柔韧性能。由于金属、金属合金及半导体材料本身弹性模量的限制，金属式或半导体式电阻应变传感器存在以下缺点：柔性差、力学量变化幅度较小、结构复杂，制造成本高。所以传统型的金属式或半导体式电阻应变传感器在这些领域的应用就受到了限制，不能满足当前科技发展的要求。因此，急需开发一种新的柔韧性优良、结构简单、安装方便的柔性应变型传感器以满足当前技术及应用发展的迫切要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种柔性拉伸应变型传感器，旨在解决传统的金属型、金属合金型或半导体型应变传感器柔性差、结构复杂等问题。
本实用新型是这样实现的，一种柔性拉伸应变型传感器，包括敏感单元和金属电极，所述敏感单元具有哑铃型结构，包括拉伸部和分别与所述拉伸部两端相连的一组端部，所述金属电极与所述端部卡扣连接。
进一步的，所述端部呈空心圆环结构，所述金属电极为纽扣状电极，包括上扣和下扣，所述上扣为与所述端部对应设置的空心圆环状结构；所述下扣包括与所述端部对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，所述上扣和所述下扣分别置于所述端部上下表面，所述金属片穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣表面。
进一步的，所述端部呈空心圆环结构，所述金属电极为纽扣状电极，包括上扣和下扣，所述上扣为与所述端部对应设置的空心圆筒状结构，所述空心圆筒状结构的筒底覆盖在所述端部上表面，所述空心圆筒状结构的筒壁包覆所述端部的周侧，且所述筒壁在所述端部与所述拉伸部相连处设置有开口；所述下扣包括与所述端部对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，所述上扣和所述下扣分别置于所述端部上下表面，所述金属片穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣的筒底表面。
进一步的，所述金属片的个数≥2。
进一步的，所述下扣包括3个或4个在所述空心圆环底板的内圆上均匀分布、且大小对等的金属片。
进一步的，所述拉伸部为圆柱体或长方体，且所述拉伸部的长径比大于1。
进一步的，所述敏感单元由导电橡胶制成。
本实用新型提供的拉伸应变传感器具有良好的柔性和弹性，能够紧贴物体表面设置，能够产生较高的机械拉伸形变量，且其结构简单、制造成本低，容易安装。本实用新型提供的拉伸应变传感器，在拉伸力作用下能够产生电阻和电容的变化，通过检测传感器电阻值或者电容值，或者将电阻信号转化成电压、电流信号，可以作为力学传感器，在生物力学、康复医疗、智能穿戴以及人工智能等领域进行力的测量。
进一步的，本实用新型提供的拉伸应变传感器，哑铃形状的敏感单元，以及所述端部空心圆环结构、金属电极纽扣状结构设计，使得所述金属电极与所述敏感单元实现牢固连接，且两者之间具有良好的接触、不会出现拉脱的情况。 更进一步地，所述下扣通过从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压在所述上扣的筒底上，使所述上下扣之间扣紧连接。而所述金属电极上下扣中部的通孔结构，还可以为整个传感器件与外部测量和动力结构的连接、安装提供螺母固定通道。
附图说明
图1是本实用新型实施例1提供的柔性拉伸应变型传感器的整体结构正面图；
图2是本实用新型实施例1提供的柔性拉伸应变型传感器的整体结构纵切面图；
图3是本实用新型实施例1提供的敏感单元的正面结构图；
图4是本实用新型实施例1提供的敏感单元的纵切面结构图；
图5是本实用新型实施例1提供的上扣的结构正面图；
图6是本实用新型实施例1、2提供的下扣的结构图；
图7是本实用新型实施例2提供的柔性拉伸应变型传感器的整体结构正面图；
图8是本实用新型实施例2提供的柔性拉伸应变型传感器的整体结构纵切面图；
图9是本实用新型实施例2提供的敏感单元的正面结构图；
图10是本实用新型实施例2提供的敏感单元的纵切面结构图；
图11是本实用新型实施例2提供的上扣的结构正面图。
具体实施方式
为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
结合图1-11，本实用新型实施例提供了一种柔性拉伸应变型传感器10，包括敏感单元11和金属电极12，所述敏感单元11具有哑铃型结构，包括拉伸部111和分别与所述拉伸部111两端相连的一组端部112，所述金属电极12与所述端部112卡扣连接。
具体的，所述敏感单元11由导电橡胶制成，可产生拉伸形变。所述敏感单元11的拉伸部111是敏感单元11的拉力-电阻敏感区。本实用新型实施例所述哑铃型结构的敏感单元11，是指所述敏感单元11具有两头粗、中间细的结构。优选的，所述拉伸部111为圆柱形、长方体形中的一种，且所述拉伸部111的长径比大于1。本实用新型中，所述长径比包括圆柱形的长度与截面直径的比例、长方体形的长度与其截面对角线的比例。
所述敏感单元11的端部112的形状没有明确的限定，为了与本实用新型实施例优选金属电极的形状匹配，所述端部112优选为空心圆环结构。
进一步的，本实用新型实施例中，所述金属电极12的材质不受限制，包括不锈钢、铝、铜、镍等。优选的，所述金属电极12为纽扣状电极，包括上扣121和下扣122，所述上扣121和所述下扣122分别设置在所述端部112上下表面，且所述下扣122与所述上扣121卡扣固定。
优选的，所述上扣121为与所述端部112对应设置的空心圆环状结构；所述下扣122包括与所述端部112对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片1121，所述上扣121和所述下扣122分别置于所述端部112上下表面，所述金属片1121穿过所述端部112、所述上扣121的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣121表面。
更优选的，所述上扣121为与所述端部112对应设置的空心圆筒状结构，所述空心圆筒状结构的筒底覆盖在所述端部112上表面，所述空心圆筒状结构的筒壁包覆所述端部112的周侧，且所述筒壁在所述端部112与所述拉伸部111相连处设置有开口；所述下扣122包括与所述端部112对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片1221，所述上扣121和所述下扣 122分别置于所述端部112上下表面，所述金属片1221穿过所述端部112、所述上扣121的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣121的筒底表面。本实用新型实施例中，所述筒壁的开口设置，便于所述金属电极12在所述敏感单元11端部121的整体安装。
应当理解，本实用新型实施例中，所述上扣121、所述下扣122的中心圆孔与所述端部112的中心圆孔对应，且上扣121、所述下扣122的中心圆孔的直径等于或略小于所述端部112的中心圆孔直径。
进一步的，所述金属片1221的个数优选≥2。具体优选的，所述下扣122包括3个或4个在所述空心圆环底板的内圆上均匀分布、且大小对等的金属片1221。所述金属片1221的形成，可以通过将所述下扣122的中部圆筒处的金属等分形成。
本实用新型实施例提供的拉伸应变传感器具有良好的柔性和弹性，能够紧贴物体表面设置，能够产生较高的机械拉伸形变量，且其结构简单、制造成本低，容易安装。本实用新型实施例提供的拉伸应变传感器，在拉伸力作用下能够产生电阻和电容的变化，通过检测传感器电阻值或者电容值，或者将电阻信号转化成电压、电流信号，可以作为力学传感器，在生物力学、康复医疗、智能穿戴以及人工智能等领域进行力的测量。
进一步的，本实用新型实施例提供的拉伸应变传感器，哑铃形状的敏感单元，以及所述端部空心圆环结构、金属电极纽扣状结构设计，使得所述金属电极与所述敏感单元实现牢固连接，且两者之间具有良好的接触、不会出现拉脱的情况。更进一步地，所述下扣通过从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压在所述上扣的筒底上，使所述上下扣之间扣紧连接。而所述金属电极上下扣中部的通孔结构，还可以为整个传感器件与外部测量和动力结构的连接、安装提供螺母固定通道。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种柔性拉伸应变型传感器10，如图1-6所示，包括敏感单元11和金属电极12，所述敏感单元11具有哑铃型结构，包括拉伸部111和分别与所述拉伸部111两端相连的一组端部112，所述拉伸部111为圆柱体，所述端部112为空心圆环结构；所述金属电极12为纽扣状电极，包括上扣121和下扣122，所述上扣121为与所述端部112对应设置的空心圆环状结构；所述下扣122包括与所述端部112对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片1121，所述上扣121和所述下扣122分别置于所述端部112上下表面，所述金属片1121穿过所述端部112、所述上扣121的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣121表面。本实用新型实施例1中，图1为柔性拉伸应变型传感器10的整体结构正面图，图2为柔性拉伸应变型传感器10的整体结构纵切面图，图3为所述拉敏单元11的正面结构图；图4为所述拉敏单元11的纵切面结构图；图5为所述上扣121的结构正面图；图6为所述下扣122的结构图。
实施例2
一种柔性拉伸应变型传感器10，如图6-11所示，包括敏感单元11和金属电极12，所述敏感单元11具有哑铃型结构，包括拉伸部111和分别与所述拉伸部111两端相连的一组端部112，所述拉伸部111为长方体，所述端部112为空心圆环结构；所述金属电极12为纽扣状电极，包括上扣121和下扣122，所述上扣121为与所述端部112对应设置的空心圆筒状结构，所述空心圆筒状结构的筒底覆盖在所述端部112上表面，所述空心圆筒状结构的筒壁包覆所述端部112的周侧，且所述筒壁在所述端部112与所述拉伸部111相连处设置有开口；所述下扣122包括与所述端部112对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片1221，所述上扣121和所述下扣122分别置于所述端部112上下表面，所述金属片1221穿过所述端部112、所述上扣121的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣121的筒底表面。本实用新型实施例2中，图7为柔性拉伸应变型传感器10的整体结构正面图，图8为柔性拉伸应变型传 感器9的整体结构纵切面图，图10为所述拉敏单元11的正面结构图；图4为所述拉敏单元11的纵切面结构图；图11为所述上扣的结构图；图6为所述下扣的结构图。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种柔性拉伸应变型传感器，包括敏感单元和金属电极，其特征在于，所述敏感单元具有哑铃型结构，包括拉伸部和分别与所述拉伸部两端相连的一组端部，所述金属电极与所述端部卡扣连接。
2.如权利要求1所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述端部呈空心圆环结构，所述金属电极为纽扣状电极，包括上扣和下扣，所述上扣为与所述端部对应设置的空心圆环状结构；所述下扣包括与所述端部对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，所述上扣和所述下扣分别置于所述端部上下表面，所述金属片穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣表面。
3.如权利要求1所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述端部呈空心圆环结构，所述金属电极为纽扣状电极，包括上扣和下扣，所述上扣为与所述端部对应设置的空心圆筒状结构，所述空心圆筒状结构的筒底覆盖在所述端部上表面，所述空心圆筒状结构的筒壁包覆所述端部的周侧，且所述筒壁在所述端部与所述拉伸部相连处设置有开口；所述下扣包括与所述端部对应的空心圆环底板和从所述空心圆环底板的内圆延伸出来的金属片，所述上扣和所述下扣分别置于所述端部上下表面，所述金属片穿过所述端部、所述上扣的空心圆孔，向外叠压卡扣在所述上扣的筒底表面。
4.如权利要求2或3所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述金属片的个数≥2。
5.如权利要求4所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述下扣包括3个或4个在所述空心圆环底板的内圆上均匀分布、且大小对等的金属片。
6.如权利要求1-3任一所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述拉伸部为圆柱体或长方体，且所述拉伸部的长径比大于1。
7.如权利要求1-3任一所述的柔性拉伸应变型传感器，其特征在于，所述敏感单元由导电橡胶制成。
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