CN207798303U - 一种柔性薄膜压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种柔性薄膜压力传感器，包括间隔设置的低电阻碳膜与高电阻碳膜，所述低电阻碳膜层包括彼此间隔设置的第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分位于中间，所述第一部分和第三部分分别位于第二部分的两侧，并分别与第二部分之间形成一间隔，所述第一部分和第三部分分别与一导电线路的两引线相连，传感器受压时低电阻碳膜与高电阻碳膜互相接触，改变导电线路两引线之间的输出电阻。该新型薄膜压力传感器比传统银浆线路接触面的传感器有更好的耐磨性和抗氧化性，并有更宽的压力电阻特性调节范围和更高的灵敏度。

Description

一种柔性薄膜压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种柔性薄膜压力传感器。

背景技术

传感器技术与通信技术、计算机技术构成现代信息产业的三大支柱。其中，传感器技术是一项相对通信技术和计算机技术落后的瓶颈工业。传统传感器因功能、特性、体积等难以满足现代计算机技术、通信技术对精度、可靠性、耐候性、信息处理能力等要求而逐渐被淘汰。

薄膜压力传感器是随着薄膜技术的发展而诞生的一种性能优良的新型压力传感器，其采用高精密印刷技术，具有精度高、工作温度范围宽、稳定性好等优良特点。现有薄膜压力传感器一面为银浆导电线路层，另一面为高电阻碳膜层，所述银浆线路层与高电阻碳膜层彼此分离。当传感器受压时，银浆线路层与高电阻碳膜层相接触，随着两者接触的紧密程度的增加，两者之间的电流增加，从而改变传感器的输出电阻。上述结构的传感器，通过改变银浆线路层与高电阻碳膜层的接触紧密程度来改变输出电阻，其灵敏度和电阻变化范围受银浆线路层的电路的疏密程度限制。

发明内容

有鉴于此，提供一种能有效克服上述缺点的柔性薄膜压力传感器。

一种柔性薄膜压力传感器，包括间隔设置的低电阻碳膜与高电阻碳膜，所述低电阻碳膜包括三个彼此间隔设置的结构，边缘两个结构分别与导电线路的两引线相连；所述高电阻碳膜层通过中空的双面胶隔离层与低电阻碳膜层粘接。传感器在无压力作用下时，高电阻碳膜碳膜与低电阻碳膜彼此保持分离，两引线间无电性连接，电阻无穷大。当传感器表面受到压力作用时，高电阻碳膜与低电阻碳膜相互接触，两引线间通过高电阻引线和低电阻碳膜的接触实现电性连接。压力越大，高电阻碳膜和低电阻碳膜之间接触越紧密，传感器电阻越低，从而获得压力与电阻的对应关系。

较佳地，所述低电阻碳膜包括三个彼此间隔设置的结构，边缘两个结构分别与导电线路的两引线相连。无压力作用时低电阻碳膜与高电阻碳膜彼此分离，两引线之间电阻值无限大；有压力作用时，高电阻碳膜与低电阻碳膜互相接触，导电线路的两引线实现电性连接。

较佳地，所述高电阻碳膜表面有多条呈间隔设置的绝缘膜。

较佳地，所述低电阻碳膜表面可有多条呈间隔设置的绝缘膜。

较佳地，所述低电阻碳膜与高电阻碳膜之间设置有隔离片，所述隔离片将低电阻碳膜与高电阻碳膜粘结，隔离片的中央形成有开孔，所述开孔正对低电阻碳膜与高电阻碳膜。

较佳地，所述隔离片还形成有开槽将开孔与外界连通。

较佳地，所述低电阻碳膜以及导电线路形成于一薄片基材上，所述高电阻碳膜形成于一薄膜基材上，所述薄片基材与薄膜基材均为柔性基材。

相较于现有技术，本实用新型传感器根据具有三个彼此间隔设置结构的低电阻碳膜与高电阻碳膜的接触紧密程度来改变引线两端的输出电阻，可以通过分别设定或调整低电阻碳膜和高电阻碳膜的电阻率，以及低电阻碳膜三个彼此间隔设置的结构尺寸，来限定输出电阻的变化范围，获得更高的灵敏度和更准确的电阻变化范围。

附图说明

图1为本实用新型柔性薄膜压力传感器的一实施例的结构示意图。

图2为图1所示柔性薄膜压力传感器的爆炸图。

图3为图2所示柔性薄膜压力传感器的高电阻碳膜的另一角度视图。

图4为图1所示柔性薄膜压力传感器的未受力时的状态示意图。

图5为图1所示柔性薄膜压力传感器的受力时的状态变化示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

图1及图2所示为本实用新型柔性薄膜压力传感器的一具体实施例，所述柔性薄膜压力传感器包括第一基材10、形成于第一基材10上的导电线路20与低电阻碳膜30、第二基材40、形成于第二基材40上的高电阻碳膜50、绝缘膜60，以及隔离片70。

所述第一基材10为薄片状，具有一定的弹性，受压可以有一定的形变量。所述第一基材10的材料优选地为PET、PI和/或FR4等薄膜柔性材料。在所述第一基材10上，通过印刷、蚀刻、电镀和/或喷涂等工艺形成所述导电线路20，其具体工艺在此不做赘述。本实施例中，所述导电线路20包括两条引线22，所述两条引线22分离设置，每一引线22具有一内端24与一外端26，所述引线22的内端24用于与低电阻碳膜30连接，所述外端26则用于与外部电路连接。

所述低电阻碳膜30通过印刷、喷涂和/或雕刻等工艺形成于第一基材10上，并位于两引线22的内端24之间。本实施例中，所述低电阻碳膜30包括三个部分31、32、33。所述三个部分31、32、33之间分离设置。其中，第二部分32位于中间，第一部分31和第三部分33分别位于第二部分32的两侧，并分别与第二部分32之间形成一间隔34。优选地，第一部分31和第三部分33设置成共同围绕第二部分32。具体地，第一部分31沿着第二部分32的第一半周外围延伸，第三部分33沿着第二部分32的第二半周外围延伸。换言之，第一部分31的两端部分别延伸至第二部分32的两端，第三部分33的两端部分别延伸至第二部分32的两端。第一部分31的其中一端部和第三部分33的其中一端部在第二部分32的一端部相邻并形成一间隔36。第一部分31的另一端部和第三部分33的另一端部在第二部分32的另一端部相邻并形成一间隔36。优选地，第一部分31和第三部分均具有均匀的宽度。优选地，所述第二部分32呈腰形，所述第一部分31和第三部分33则围绕第二部分32共同构成大致呈跑道形的环状。可以理解地，第二部分也可以呈椭圆形、矩形或其他形状；第一部分31和第三部分33则形成对应的形状。

所述第一部分和第三部分31、33分别与所述两引线22的内端24连接。初始时，由于各电阻之间分离设置，传感器的初始电阻值无限大。

如图3所示，所述第二基材40优选地为PET、PI和/或FR4等薄膜柔性材料。所述高电阻碳膜50通过印刷、喷涂和/或雕刻等工艺形成于第二基材40上。较佳地，所述高电阻碳膜50为高电阻碳膜，其电阻率远大于低电阻碳膜30。所述绝缘膜60贴附在高电阻碳膜50上，所述绝缘膜60有多个，且相互间隔设置。

所述隔离片70为绝缘薄片材料，两面均设有粘胶。所述隔离片70的中央形成有贯穿的开孔72。组装时，通过两面均有粘胶的隔离片70将第一基材10、第二基材40粘结为一体，并保证第一基材10与第二基材40相对齐，同时使低电阻碳膜30与高电阻碳膜50相向设置。

如图4所示，组装后，所述隔离片70将低电阻碳膜30、高电阻碳膜50相隔开，隔离片70的开孔72正对低电阻碳膜30以及高电阻碳膜50。，在所述低电阻碳膜30、高电阻碳膜50之间，于对应开孔72的位置形成间隔80，从而为低电阻碳膜30和/或高电阻碳膜50提供形变空间。较佳地，本实施例中隔离片70还形成有开槽74，所述开槽74横向贯穿隔离片70并与开孔72相连通，从而所述间隔70通过开槽74与外部相连通，确保低电阻碳膜30和/或高电阻碳膜50的变形无气压差的影响。

如图5所示，本实用新型柔性薄膜压力传感器在使用时，作用力F施加于第一基材10的背面正对高电阻碳膜50的位置，第一基材10以及形成于第一基材10上的低电阻碳膜30产生变形下凹，其三个部分31、32、33同时与高电阻碳膜50相接触，其中，第一部分31和第三部分33与高电阻碳膜50的接触使得两条引线22的内端24之间导通。且作用力F越大，低电阻碳膜30与高电阻碳膜50的接触越紧密，流过的电流I越大，输出的电阻值越小；反之作用力F越小，低电阻碳膜30与高电阻碳膜50的接触越松弛，流过的电流I越小，输出的电阻值越大。同时，第二部分32与高电阻碳膜50的接触对高电阻碳膜50产生短接或分流的作用，从而进一步降低两引线22之间的电阻值，且接触越紧密，短接或分流的作用程度越大。因此，能够获得压力与电阻之间的对应关系。当作用力F去除后，第一基材10以及形成于第一基材10上的低电阻碳膜30恢复形变，传感器电阻值恢复至初始值。

在本实用新型柔性薄膜压力传感器的上述实施例中，传感器受力使低电阻碳膜30产生变形，与高电阻碳膜50相接触，根据低电阻碳膜30与高电阻碳膜50的接触的紧密程度来改变电路引线20两端的输出电阻，从而获得压力与电阻的对应关系。在其它实施例中，也可以是作用力作用于第二基材40上使高电阻碳膜50产生形变与低电阻碳膜30相接触，同样根据低电阻碳膜30与高电阻碳膜50的接触的紧密程度来改变电路引线20两端的输出电阻，从而获得压力与电阻的对应关系。本实用新型传感器压力电阻特性的线性更好，稳定性更好，恢复性更好，寿命更长，产品结构更牢靠。另外，本实用新型还可以通过分别设定或调整低电阻碳膜30和高电阻碳膜50的电阻率，以及低电阻碳膜30的结构来限定输出电阻的变化范围，获得更高的灵敏度和更准确的电阻变化范围，从而利于信号处理。另外，本实用新型柔性薄膜压力传感器的接触面，为耐磨耐氧化的电阻碳膜30、50，可以满足苛刻的使用环境，可以广泛应用于各行各业，如足底压力传感，坐垫压力传感，压力感应按键，压感笔、压力监测，压力阈值开关，计数器，生命体征监测等。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性薄膜压力传感器，其特征在于：包括间隔设置的低电阻碳膜与高电阻碳膜，所述低电阻碳膜层包括彼此间隔设置的第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分位于中间，所述第一部分和第三部分分别位于第二部分的两侧，并分别与第二部分之间形成一间隔，所述第一部分和第三部分分别与一导电线路的两引线相连，传感器受压时低电阻碳膜与高电阻碳膜互相接触，改变导电线路两引线之间的输出电阻。

2.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述第一部分和第三部分设置成共同围绕第二部分。

3.如权利要求2所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述第一部分沿着第二部分的第一半周外围延伸，所述第三部分沿着第二部分的第二半周外围延伸，所述第一部分的一端部与所述第三部分的一端部相邻且间隔，所述第一部分的另一端部与所述第三部分的另一端部相邻且间隔。

4.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述第一部分和/或第三部分具有均匀的宽度。

5.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述第一部分和第三部分呈对称设置。

6.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述第二部分呈腰形。

7.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述低电阻碳膜与高电阻碳膜之间设置有隔离片，所述隔离片将低电阻碳膜层与高电阻碳膜层粘结，隔离片的中央形成有开孔，所述开孔正对低电阻碳膜与高电阻碳膜。

8.如权利要求7所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述隔离片还形成有开槽将开孔与外界连通。

9.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述高电阻碳膜和/或低电阻碳膜上设有多个间隔设置的绝缘膜。

10.如权利要求1所述的柔性薄膜压力传感器，其特征在于，所述低电阻碳膜以及导电线路形成于一薄片基材上，所述高电阻碳膜形成于一薄膜基材上，所述薄片基材与薄膜基材均为柔性基材。