CN206095473U

CN206095473U - 一种薄膜矢量传感器以及一种薄膜变形传感器

Info

Publication number: CN206095473U
Application number: CN201620919588.5U
Authority: CN
Inventors: 陈晓燕; 沈煜旻
Original assignee: Suzhou Li Ou Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Li Ou Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2026-08-23

Abstract

本实用新型提供一种薄膜矢量传感器以及一种薄膜变形传感器，属于传感器技术领域。所述薄膜矢量传感器，包括矢量检测部，所述矢量检测部包括两层绝缘的第一薄膜弹性体层，在两层第一薄膜弹性体层之间设置有第一电阻弹性体层和第一导线层，上述第一电阻弹性体层呈“十字”带状结构；在所述第一导线层内设置有四个第一导电端，所述四个第一导电端分别与上述”十字”带状结构的四个端点一一对应连接。本实用新型所述的薄膜矢量传感器可实现对压力的矢量以及压力大小的检测；可植入机器人的皮肤结构里面，使机器人可以感受压力的大小以及方向等参数。另外，本实用新型所述的薄膜变形传感器可植入到人体内部，进入可实现实时的记录血压和心率的变化情况。

Description

一种薄膜矢量传感器以及一种薄膜变形传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种薄膜矢量传感器以及一种薄膜变形传感器。

背景技术

传统的MEMS传感器，其角度变化引起的电阻值变化非常小，而且对电路的要求比较高；另外，现有的MEMS传感器精度不高，而且无法检测压力的矢量方向。另外，目前的机器人由于没有皮肤结构的传感器，因此也无法感受到压力或者压力的方向。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：提供一种薄膜状，并且可测量压力方向的薄膜矢量传感器；以及一种可检测变形信号的薄膜变形传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种薄膜矢量传感器，包括矢量检测部，所述矢量检测部包括两层绝缘的第一薄膜弹性体层，在两层第一薄膜弹性体层之间设置有第一电阻弹性体层和第一导线层，上述第一电阻弹性体层呈“十字”带状结构，所述“十字”带状结构具有A、B、C和D四个端点；其中A、C两个端点分别位于”十字”带状结构上下相对的位置上，B、D两个端点分别位于”十字”带状结构左右相对的位置上；在所述第一导线层内设置有四个第一导电端，所述四个第一导电端分别与上述”十字”带状结构的四个端点一一对应连接。

进一步的是：还包括压力检测部，所述压力检测部包括两层绝缘的第二薄膜弹性体层，在两层第二薄膜弹性体层之间设置有两层第二导线层，在每层第二导线层内分别设置有一个第二导电端；在两层第二导线层之间设置有第二电阻弹性体层，并且所述第二电阻弹性体层的两侧面分别与对应侧的第二导电端连接。

进一步的是：所述矢量检测部与压力检测部层状叠放设置，并且第一电阻弹性体层的中心与第二电阻弹性体层的中心在沿薄膜矢量传感器的厚度方向上重叠，同时矢量检测部与压力检测部相接触侧的第一薄膜弹性体层和第二薄膜弹性体层为同一层薄膜弹性体层。

进一步的是：在薄膜矢量传感器厚度方向的其中一侧或者两侧的外表面设置有配重体，所述配重体的中心与第二电阻弹性体层的中心在沿薄膜矢量传感器的厚度方向上重叠。

进一步的是：在第一导线层内分别设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第一导线，并且每个第一导电端分别与一根第一导线连接；当设置有压力检测部时，在第二导线层内设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第二导线，并且每个第二导电端分别与一根第二导线连接。

进一步的是：所述第一薄膜弹性体层为一层热塑性聚氨酯弹性体；所述第一电阻弹性体层为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体；当设置有压力检测部时，所述第二薄膜弹性体层为一层热塑性聚氨酯弹性体；所述第二电阻弹性体层为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体。

进一步的是：所述薄膜矢量传感器整体呈圆形或者方形的片状结构，其厚度为0.1mm-5mm；每层第一薄膜弹性体层的厚度为10um-1mm，每层第一电阻弹性体层的厚度为10um-1mm；当设置有压力检测部时，每层第二薄膜弹性体层的厚度为10um-1mm，每层第二电阻弹性体层的厚度为10um-1mm。

上述本实用新型所述的薄膜矢量传感器的有益效果是：其通过矢量检测部可测得压力的方向矢量，同时通过压力检测部可测得压力的大小值；因此实现了对压力的矢量以及压力大小的检测。另外，通过采用特定的材料，可实现将传感器做的非常薄，进而可做到机器人的皮肤结构里面，使机器人可以感受压力的大小以及方向等参数。

另外，本实用新型还提供一种薄膜变形传感器，包括两层绝缘的第三薄膜弹性体层，在两层第三薄膜弹性体层之间设置有第三电阻弹性体层和第三导线层，所述第三电阻弹性体层呈“一字”带状结构，所述“一字”带状结构具有E、F两个端点；所述第三导线层包括两个第三导电端，所述两个第三导电端分别与上述“一字”带状结构的两个端点一一对应连接。

进一步的是：所述第三薄膜弹性体层为一层热塑性聚氨酯弹性体；所述第三电阻弹性体层为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体；所述第三电阻弹性体层与第三薄膜弹性体层位于同一层，并且第三电阻弹性体层上的两个第三导电端分别位于该第三薄膜弹性体层的两端。

进一步的是：所述两层第三薄膜弹性体层也成“一字”带状结构，并且所述第三薄膜弹性体层的大小与第三电阻弹性体层大小相配；所述薄膜变形传感器的长度为5mm、宽度为0.8mm、厚度为0.3mm。

上述本实用新型所述的薄膜变形传感器的有益效果是：可测得两个第三导电端之间的部分是否有发生变形情况。而且本实用新型所述的薄膜变形传感器可做的非常小，并且通过采用具有生物兼容性的材料，可将其植入到人体内部，例如植入到动脉血管旁边，这样可实现实时的记录血压和心率的变化情况。

附图说明

图1为矢量检测部截面示意图；

图2在图1的基础上设置有配重体后的结构示意图；

图3为图1中各层平铺展开后的结构示意图；

图4为压力检测部的截面示意图；

图5为图4中各层平铺展开后的结构示意图；

图6为矢量检测部和压力检测部叠放设置时的截面示意图；

图7为图6中各层平铺展开后的结构示意图；

图8为薄膜变形传感器的截面示意图；

图9为薄膜变形传感器的正视图；

图10为薄膜变形传感器各层平铺展开后的结构示意图；

图11为第一电阻弹性体层的等效电路图；

图12为压力的方向矢量示意图；

图13薄膜变形传感器用于测量动脉信号的示意图；

图中标记为：矢量检测部1、第一薄膜弹性体层11、第一电阻弹性体层12、第一导线层13、第一导电端14、第一导线15、压力检测部2、第二薄膜弹性体层21、第二电阻弹性体层22、第二导线层23、第二导电端24、第二导线25、薄膜变形传感器3、第三薄膜弹性体层31、第三电阻弹性体层32、第三导线层33、第三导电端34、配重体4、动脉5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。需要说明的是，本实用新型中所指的第一薄膜弹性体层11、第二薄膜弹性体层21和第三薄膜弹性体层31，均为薄膜弹性体层，其本身可为同一种材料，本实用新型中为了便于区分矢量检测部1、压力检测部2以及该薄膜变形传感器3三者中的薄膜弹性体层，因此采用上述描述方式。同理，对于电阻弹性体层、导线层和导电端也采用了相同的描述方式。

如图1至图3中所示，本实用新型所述的一种薄膜矢量传感器，包括矢量检测部1，所述矢量检测部1包括两层绝缘的第一薄膜弹性体层11，在两层第一薄膜弹性体层11之间设置有第一电阻弹性体层12和第一导线层13，上述第一电阻弹性体层12呈“十字”带状结构，所述“十字”带状结构具有A、B、C和D四个端点；其中A、C两个端点分别位于”十字”带状结构上下相对的位置上，B、D两个端点分别位于”十字”带状结构左右相对的位置上；在所述第一导线层13内设置有四个第一导电端14，所述四个第一导电端14分别与上述”十字”带状结构的四个端点一一对应连接。

上述矢量检测部可实现对力的矢量检测，具体检测原理参照附图11和附图12中所示：由于第一电阻弹性体层12呈“十字”的带状结构，而且该层弹性体层具有电阻特性，且具有一定的弹性，因此在受力后将发生变形，相应的电阻值随之发生变化。具体，如图11中所示，将第一电阻弹性体层12等效为图11中所示的电阻连接关系；若假设当向传感器一侧的第一薄膜弹性体层11的表面施加一个促使该表面向右上角发生微量位移的力时，R1将因对应电阻弹性体层被压缩而减小，而R3则将因对应的电阻弹性体层被拉伸而增大；而在这一过程中，通过向A、C两点之间施加一个电压值V_AC，然后通过测得B点或者D点的电压值V_B＝V_AC*R3/(R1+R3)在施力前后的变化，即可知道在垂直方向的位移状态；同理，通过向B、D两点之间施加一个电压值V_BD，然后通过测得A点或者C点的电压值V_A＝V_BD*R4/(R2+R4)在施力前后的变化，即可知道在水平方向的位移状态；这样，通过获知上述V_B和V_A后，即可按照附图12中所示，得出施力的矢量方向；具体的角度θ有tanθ＝V_B/V_A；另外，还可得到施力在该方向上的大小其中λ为一个特定系数，该系数与第一电阻弹性体层12的相关，并且可通过实验获得。

另外，如图4和图5中所示，本实用新型还可设置有压力检测部2，所述压力检测部2包括两层绝缘的第二薄膜弹性体层21，在两层第二薄膜弹性体层21之间设置有两层第二导线层23，在每层第二导线层23内分别设置有一个第二导电端24；在两层第二导线层23之间设置有第二电阻弹性体层22，并且所述第二电阻弹性体层22的两侧面分别与对应侧的第二导电端24连接。压力检测部2的作用是检测施加到薄膜矢量传感器上的正压力；其检测原理如下：当向压力检测部2其中一第二薄膜弹性体层21的表面施加压力时，第二电阻弹性体层22应受力，而厚度变小，进而其电阻值相应的减小；此时通过测得两侧的第二导电端24之间的电阻变化，即可得知此时的压力大小。

当然，在上述将矢量检测部1和压力检测部2结合时，可按照如图6和图7中所示的层状叠放设置；并且，可将矢量检测部1与压力检测部2相接触侧的第一薄膜弹性体层11和第二薄膜弹性体层21为同一层薄膜弹性体层；此时，在整个传感器内部实际只有三层薄膜弹性体层21。通过结合矢量检测部1和压力检测部2，实现了同时测得施加力在传感器表面上的矢量方向以及在厚度方向上的压力大小。

另外，本实用新型还可进一步在薄膜矢量传感器厚度方向的其中一侧或者两侧的外表面设置有配重体4，所述配重体4的中心与第二电阻弹性体层22的中心在沿薄膜矢量传感器的厚度方向上重叠。通过设置相应的配重体4，这样结合配重体4的重量特性，可在传感器的状态发生变化时，例如速度发生变化时，通过配重体4向薄膜矢量传感器施加一定的力，这样可实现将薄膜矢量传感器作为加速度传感器使用。

另外，通常情况下，需要将第一导线层13以及第二导线层23上相应的导电端与外部电路连通，以实现电信号的检测；例如在上述图11中的等效电路图中，为了实现施加电压以及检测相应导电端上的电压值，则需要将相应的导电端与外部电源或者与电压表连接；为此，本实用新型进一步在第一导线层13内分别设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第一导线15，并且每个第一导电端14分别与一根第一导线15连接；当设置有压力检测部2时，在第二导线层23内设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第二导线25，并且每个第二导电端24分别与一根第二导线25连接；这样，在需要时只需要通过相应的导线将对应的导电端与外部的电路连通即可。

更具体的，针对薄膜弹性体层以及电阻弹性体层的材料，本实用新型优选采用如下设置：所述第一薄膜弹性体层11为一层热塑性聚氨酯弹性体(TPU)；所述第一电阻弹性体层12为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体；当设置有压力检测部2时，所述第二薄膜弹性体层21为一层热塑性聚氨酯弹性体；所述第二电阻弹性体层22为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体。之所以选择热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，主要是该材料可方便制成厚度为几个uM到几个mm的薄膜结构，一般每层薄膜弹性体层的厚度以及每层电阻弹性体层的厚度可做到10um-1mm左右，这样即可实现最终获得的传感器的厚度非常薄。例如本实用新型中的薄膜矢量传感器可做到厚度0.1mm-5mm左右。另外，电阻弹性体层之所以需要加一定的电阻填料，其目的是使其具有一定的电阻特定；同时由于该层材料具有一定的弹性，因此在受力时可发送变形，进而其相应的电阻值也会随之变化，这样就可通过测得电阻的变化而获得相应的变形情况。

上述本实用新型所述的薄膜矢量传感器的典型应用，可用于手指鼠标中，如将薄膜矢量传感器大小做成手指指拇大小，厚度介于3mm-5mm左右，然后通过贴服早手指的指腹部分，这样即可感知手指的滑动、按压等操作。另外也可用于机器人皮肤当中，如将薄膜矢量传感器做成直径约2-5mm大小的片状，然后在机器人的皮肤层中间隔3-5mm左右设置多个薄膜矢量传感器，这样，可使得机器人的皮肤具有感知压力以及压力的矢量方向的能力。

如图8至图10中所示，本实用新型还提供一种薄膜变形传感器，包括两层绝缘的第三薄膜弹性体层31，在两层第三薄膜弹性体层31之间设置有第三电阻弹性体层32和第三导线层33，所述第三电阻弹性体层32呈“一字”带状结构，所述“一字”带状结构具有E、F两个端点；所述第三导线层33包括两个第三导电端34，所述两个第三导电端34分别与上述“一字”带状结构的两个端点一一对应连接。

上述薄膜变形传感器与本实用新型所述的薄膜矢量传感器中的矢量检测部1的结构相似，只是将其中“十字”带状结构的电阻弹性体层由“一字”带状结构的电阻弹性体层代替；这样，当薄膜变形传感器在受力后发生变化时，其两端的第三导电端34之间的电阻值将发生变化，这样即可测得相应的型号。

同理，上述第三薄膜弹性体层31、第三电阻弹性体层32、第三导线层33以及第三导电端34均分别与上述的第一薄膜弹性体层11、第一电阻弹性体层12、第一导线层13以及第一导电端14可采用相同的材料、结构特性。

另外，在上述薄膜变形传感器还可采取如下设置，如图10中所示，所述第三电阻弹性体层32与第三薄膜弹性体层31位于同一层，并且第三电阻弹性体层32上的两个第三导电端34分别位于该第三薄膜弹性体层31的两端。

上述本实用新型中所述的薄膜变形传感器3的一种典型用途是可用于植入到人体动脉5附近；如图13中所示，这样当动脉5发生收缩或者扩张时，可引起该薄膜变形传感器3发生弯曲，这样即可通过测得两端的第三导电端34获得相应的信号，进而可实现实时的记录下血压和心率的变化情况，当然，还可通过无式通讯的方式将相应的数据发生给接收终端。并且，薄膜变形传感器3的一种具体结构及尺寸可采用如下设置：所述两层第三薄膜弹性体层31也成“一字”带状结构，并且所述第三薄膜弹性体层31的大小与第三电阻弹性体层32大小相配；所述薄膜变形传感器的长度为5mm、宽度为0.8mm、厚度为0.3mm。

Claims

1.一种薄膜矢量传感器，其特征在于：包括矢量检测部(1)，所述矢量检测部(1)包括两层绝缘的第一薄膜弹性体层(11)，在两层第一薄膜弹性体层(11)之间设置有第一电阻弹性体层(12)和第一导线层(13)，上述第一电阻弹性体层(12)呈“十字”带状结构，所述“十字”带状结构具有A、B、C和D四个端点；其中A、C两个端点分别位于”十字”带状结构上下相对的位置上，B、D两个端点分别位于”十字”带状结构左右相对的位置上；在所述第一导线层(13)内设置有四个第一导电端(14)，所述四个第一导电端(14)分别与上述”十字”带状结构的四个端点一一对应连接。

2.如权利要求1所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：还包括压力检测部(2)，所述压力检测部(2)包括两层绝缘的第二薄膜弹性体层(21)，在两层第二薄膜弹性体层(21)之间设置有两层第二导线层(23)，在每层第二导线层(23)内分别设置有一个第二导电端(24)；在两层第二导线层(23)之间设置有第二电阻弹性体层(22)，并且所述第二电阻弹性体层(22)的两侧面分别与对应侧的第二导电端(24)连接。

3.如权利要求2所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：所述矢量检测部(1)与压力检测部(2)层状叠放设置，并且第一电阻弹性体层(12)的中心与第二电阻弹性体层(22)的中心在沿薄膜矢量传感器的厚度方向上重叠，同时矢量检测部(1)与压力检测部(2)相接触侧的第一薄膜弹性体层(11)和第二薄膜弹性体层(21)为同一层薄膜弹性体层。

4.如权利要求2所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：在薄膜矢量传感器厚度方向的其中一侧或者两侧的外表面设置有配重体(4)，所述配重体(4)的中心与第二电阻弹性体层(22)的中心在沿薄膜矢量传感器的厚度方向上重叠。

5.如权利要求2所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：在第一导线层(13)内分别设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第一导线(15)，并且每个第一导电端(14)分别与一根第一导线(15)连接；当设置有压力检测部(2)时，在第二导线层(23)内设置有从薄膜矢量传感器上穿出的第二导线(25)，并且每个第二导电端(24)分别与一根第二导线(25)连接。

6.如权利要求2所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：所述第一薄膜弹性体层(11)为一层热塑性聚氨酯弹性体；所述第一电阻弹性体层(12)为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体；当设置有压力检测部(2)时，所述第二薄膜弹性体层(21)为一层热塑性聚氨酯弹性体，所述第二电阻弹性体层(22)为一层含有电阻填料的热塑性聚氨酯弹性体。

7.如权利要求6所述的薄膜矢量传感器，其特征在于：所述薄膜矢量传感器整体呈圆形或者方形的片状结构，其厚度为0.1mm-5mm；每层第一薄膜弹性体层(11)的厚度为10um-1mm，每层第一电阻弹性体层(12)的厚度为10um-1mm；当设置有压力检测部(2)时，每层第二薄膜弹性体层(21)的厚度为10um-1mm，每层第二电阻弹性体层(22)的厚度为10um-1mm。

8.一种薄膜变形传感器，其特征在于：包括两层绝缘的第三薄膜弹性体层(31)，在两层第三薄膜弹性体层(31)之间设置有第三电阻弹性体层(32)和第三导线层(33)，所述第三电阻弹性体层(32)呈“一字”带状结构，所述“一字”带状结构具有E、F两个端点；所述第三导线层(33)包括两个第三导电端(34)，所述两个第三导电端(34)分别与上述“一字”带状结构的两个端点一一对应连接。

9.如权利要求8所述的薄膜变形传感器，其特征在于：所述两层第三薄膜弹性体层(31)也成“一字”带状结构，并且所述第三薄膜弹性体层(31)的大小与第三电阻弹性体层(32)大小相配；所述薄膜变形传感器的长度为5mm、宽度为0.8mm、厚度为0.3mm。