CN208171170U - 一种柔性拉伸应变型电阻传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种柔性拉伸应变型电阻传感器，其包括传感单元和三个以上的引出电极，所述传感单元的材质为导电橡胶，所述传感单元的表面设有三个以上的金属箔，所述引出电极的数量与金属箔的数量相同，所述金属箔分别与引出电极连接。采用本实用新型的技术方案，具有良好的柔性好和较大的拉伸形变量，结构简单，制造成本低；能够以一个传感器同时实现多个位置点的拉伸形变信息的反馈与测量，在手势/手语识别、智能手套、智能机器人手指关节等需要多位置点信息反馈与控制的领域有着很好的应用前景。

Description

一种柔性拉伸应变型电阻传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电阻传感器，尤其涉及一种柔性拉伸应变型电阻传感器。

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信号输出的一种元器件。以金属、金属合金或者硅基材料制成的应变型电阻/电容传感器在过去以及现在的很多领域有着广泛的应用。然而由于这种传感器缺乏柔性、力学量变化量小、体积大、结构复杂等缺点，不能满足当前新兴科技领域的需求。目前生物力学检测、康复医疗、智能机器人、可穿戴设备等领域，不但要求传感器要具备良好的应变-电阻/电容特性，而且要有优秀的柔韧性能；但是目前的传感器还不能满足要求。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种柔性拉伸应变型电阻传感器，具有良好的柔性好和较大的拉伸形变量，而且结构简单、制造成本低。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种柔性拉伸应变型电阻传感器，其包括传感单元和三个以上的引出电极，所述传感单元的材质为导电橡胶，所述传感单元的表面设有三个以上的金属箔，所述引出电极的数量与金属箔的数量相同，所述金属箔分别与引出电极连接。其中，所述金属箔之间留有距离。

这里，传感单元是以导电物质填充在橡胶基体材料中混合而制成的导电橡胶，所述导电橡胶具有应变电阻效应，即导电橡胶受到外界作用力产生拉伸形变或者弯曲形变时，其电阻值相应的随着形变而发生变化，通过测量电阻值的变化进而获得形变的信息，因为被用作柔性电阻传感器件的传感单元。

所述传感单元的表面上连接有金属箔材料，传感单元表面的金属箔的数量为三个以上或大于3个，目的是将传感单元分成多个感应测量单元，每个感应测量单元的初始电阻值处于高阻态，当其中的任一测量单元受到外力作用产生形变时，该测量单元的电阻值迅速下降到低阻态。利用这一原理，柔性拉伸应变型电阻传感器以一个传感器可以同时实现对多个位置点形变信号的感应，实现多个位置点的拉伸形变信息的反馈与测量。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔贴覆在传感单元的表面。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感单元呈条带状结构，呈长方体结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔的数量大于3个，所述金属箔之间留有距离；所述引出电极的数量与金属箔的数量相同，每个金属箔与一个引出电极连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔的厚度为10μm-50μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔为铜箔或者双面镀镍的铜箔。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔与传感单元连接的面即内表面为粗化面。采用此技术方案，金属箔的内表面经过粗化处理，在与导电橡胶表面的连接，可以增加其与橡胶基材的粘结力。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔的外表面为光亮面。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔与传感单元通过热压的方法连接在一起。进一步优选的，所述传感单元的材质为导电橡胶，所述金属箔与未硫化的导电橡胶通过通过热压的方法连接在一起，然后再进行硫化交联反应。即热压过程是在橡胶完成硫化交联反应之前完成。

作为本实用新型的进一步改进，所述金属箔对称的分布在传感单元的表面。

作为本实用新型的进一步改进，所述引出电极为金属导体；进一步的，所述引出电极为金属导线、金属片，具体形状不受限制。

作为本实用新型的进一步改进，所述引出电极与金属箔通过锡膏焊接、导电胶粘结的方式连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，采用本实用新型的技术方案的电阻传感器，具有良好的柔性好和较大的拉伸形变量，而且结构简单，与采用涂覆导电介质的工艺方法制备导电材料的工艺相比，工艺简单，制造成本低。

第二，本实用新型的一种柔性拉伸应变型电阻传感器，包含以导电橡胶作为拉伸应变传感器的传感单元，传感单元的表面贴覆金属箔和引出电极，金属箔数量超过3个，进而把一个传感器分成多个传感单元；这样能够以一个传感器同时实现多个位置点的拉伸形变信息的反馈与测量，在手势/手语识别、智能手套、智能机器人手指关节等需要多位置点信息反馈与控制的领域有着很好的应用前景。

附图说明

图1 是本实用新型一种柔性拉伸型电阻传感器的条带状传感单元的结构示意图。

图2 是本实用新型实施例1的一种柔性拉伸型电阻传感器的传感单元表面贴合金属箔电极的结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的一种柔性拉伸型电阻传感器的传感单元引出电极的结构示意图。

图4是本实用新型实施例1的一种柔性拉伸型电阻传感器的测量电路示意图。

图5是本实用新型实施例2的一种柔性拉伸型电阻传感器的结构示意图。

图6是本实用新型实施例2一种柔性拉伸型电阻传感器引出电极的示意图。

图7是本实用新型实施例2一种柔性拉伸型电阻传感器多点信号感应与测量的电路示意图。

图8是本实用新型一种柔性拉伸型电阻传感器应用在智能手套的示意图。

图中标记包括：1-第一关节、2-第二关节2、3-第三关节，10-传感单元，101-第一传感单元，102-第二传感单元，103-第三传感单元，104-第四传感单元，105-第五传感单元，11-金属箔电极，111-第一金属箔电极，112-第二金属箔电极，113-第三金属箔电极，114-第四金属箔电极，115-第五金属箔电极，116-第六金属箔电极，12-引出电极，121-第一引出电极，122-第二引出电极，123-第三引出电极，124-第四引出电极，125-第五引出电极，126-第六引出电极。

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，下面结合附图，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。

实施例1

如图1~图4所示，一种柔性拉伸应变型电阻传感器，其包括传感单元10和4个引出电极12，所述传感单元10的材质为导电橡胶，所述传感单元10呈条带状结构。所述传感单元10的表面设有四个金属箔电极11，即第一金属箔电极111，第二金属箔电极112，第三金属箔电极113，第四金属箔电极114。所述引出电极12的数量与金属箔电极11的数量相同，即包括第一引出电极121，第二引出电极122，第三引出电极123，第四引出电极124。所述金属箔电极11分别与各个引出电极连接。所述金属箔电极11与传感单元10通过热压的方法连接在一起。所述引出电极12通过锡膏焊接、导电胶粘结与金属箔连接。

如图2~图3所示，所述传感单元10被金属箔电极11分为第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103三个单元。

所述金属箔的厚度为10μm-50μm。进一步的，所述金属箔为铜箔或者双面镀镍的铜箔。所述金属箔与传感单元10连接的面为粗化面。所述金属箔的外表面为光亮面。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3~图5所示，一种柔性拉伸应变型传感器，包括传感单元10，所述传感单元10包含被金属箔电极11分割而成的5个传感单元，分别为第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103，第四传感单元104，第五传感单元105，

金属箔电极11包括第一金属箔电极111，第二金属箔电极112，第三金属箔电极113，第四金属箔电极114，第五金属箔电极115，第六金属箔电极116。

引出电极12包括第一引出电极121，第二引出电极122，第三引出电极123，第四引出电极124，第五引出电极125，第六引出电极126。

所述金属箔电极11贴合在传感单元10的表面上。所述传感单元10是以导电物质填充在橡胶基体材料中而制成的导电橡胶。

所述金属箔电极11，选用的是镀镍铜箔，铜箔厚度35μm，双面镀镍，其中一个面经过粗化处理，目的是增强铜箔与橡胶基材的粘接力。所述引出电极12，选用的是铜线，铜线直径0.5mm。

本实施例1和实施例2中的柔性拉伸应变型电阻传感器的制备方法如下：

第一步，使用双辊开炼机在橡胶基材中混合导电炭黑得到导电橡胶的混炼胶。

第二步，将一定量的混炼胶放入模具中，在平板硫化机上经过120度10分钟热压，混炼胶被压成长度115mm，宽度115mm, 厚度0.4mm的橡胶片材。

第三步，将裁切好的长度115mm宽度5mm的镀镍铜箔放在橡胶片材的表面，多条镀镍铜箔平行排列，各条镀镍铜箔之间的间距依据实际需要调整。合上模具，再次热压10min，镀镍铜箔电极即良好的粘接在橡胶基材的表面。

第四步， 将贴合好镀镍铜箔的导电橡胶基材，通过γ射线或者高能电子束进行辐照交联，即可获得具有拉伸应变传感性能的电阻型传感材料。

第五步，将经过辐照交联的导电橡胶传感材料，裁切成如图1-3所示的表面贴覆有镀镍铜箔电极的传感器的基本单元。

第六步，在传感单元上贴覆的镀镍铜箔的表面涂覆导电银胶，再将直径0.5mm的铜线放置在银胶之上，经过高温下银胶的固化反应之后，铜线便紧紧的粘接在铜箔之上。得到如图2、图4所示的柔性拉伸应变型电阻传感器，其中实施例1的图2具有三个测量单元，实施例2的图4具有第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103，第四传感单元104，第五传感单元105五个测量单元。

本实用新型所述的柔性拉伸应变型电阻传感器表面贴覆多个铜箔电极，如实施例1贴覆4个金属箔电极11，从而将传感单元10分割成第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103三个测量单元；实施例2贴覆6个金属箔电极11，从而将传感单元分割成第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103，第四传感单元104，第五传感单元105五个测量单元。每个测量单元的初始电阻值处于高阻态，当其中的任一测量单元受到外力作用产生形变时，该测量单元的电阻值迅速下降到低阻态。利用这一原理，本实用新型所述的柔性拉伸应变型电阻传感器能够以一个传感器同时实现多个位置点的拉伸形变信息的反馈与测量。传感器多点感应的具体工作过程如下所述。

图4为实施例1的柔性拉伸应变型电阻传感器的测量电路图，被4个金属箔电极11分割成3个感应测量单元，可以实现对三个位置点的形变信息的感应与测量。具体测量方法如下：

（1）当第一传感单元101受到弯曲、拉伸等外力作用时第一传感单元101的电阻值迅速下降，供电电源U、第一金属箔电极111、第一传感单元101、第二金属箔电极112、LED1指示灯之间形成回路， LED1指示灯发光，而第二传感单元102，第三传感单元103由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED1发光时，则可以判定第一传感单元101受到了外力作用发生了形变。

（2）当第二传感单元102受到弯曲、拉伸等外力作用时，第二传感单元102的电阻值迅速下降，供电电源U、第二金属箔电极112、LED1、第二传感单元102、第三金属箔电极113、LED2指示灯之间形成回路， LED1和LED2指示灯同时发光。反之当LED1和LED2指示灯同时发光时，则可以判定第二传感单元102受到了外力作用发生了形变。

（3）当第三传感单元103受到弯曲、拉伸等外力作用时，第三传感单元103的电阻值迅速下降，供电电源U、LED2指示灯、第三金属箔电极113、第三传感单元103、第四金属箔电极114之间形成回路， LED2指示灯发光，而第一传感单元101、第二传感单元102由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED2发光时，则可以判定第三传感单元103受到了外力作用发生了形变。

图7为实施例2的柔性拉伸应变型电阻传感器的测量电路图，传感单元被6个金属箔电极11分割成第一传感单元101、第二传感单元102，第三传感单元103，第四传感单元104，第五传感单元105 五个感应测量单元，可以实现对5个位置点的形变信息的感应与测量。具体测量方法如下：

（1）当第一传感单元101受到弯曲、拉伸等外力作用时，第一传感单元101的电阻值迅速下降，供电电源U、第一金属箔电极111、第一传感单元101、第二金属箔电极112、LED1指示灯之间形成回路， LED1指示灯发光；而第二传感单元102、第三传感单元103、第四传感单元104、第五传感单元105由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED1发光时，则可以判定第一传感单元101受到了外力作用发生了形变。

（2）当第二传感单元102受到弯曲、拉伸等外力作用时，第二传感单元102的电阻值迅速下降，供电电源U、第二金属箔电极112、LED1、第二传感单元102、第三金属箔电极113、LED2指示灯之间形成回路， LED1和LED2指示灯同时发光。而第一传感单元101、第三传感单元103、第四传感单元104、第五传感单元105由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED1和LED2指示灯同时发光时，则可以判定第二传感单元102受到了外力作用发生了形变。

（3）当第三传感单元103受到弯曲、拉伸等外力作用时，第三传感单元103的电阻值迅速下降，供电电源U、LED2、第三金属箔电极113、第三传感单元103、金第四金属箔电极114、LED3指示灯之间形成回路， LED2和LED3指示灯同时发光。而感应单元第一传感单元101、第二传感单元102、第四传感单元104、第五传感单元105由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED2和LED3指示灯同时发光时，则可以判定第三传感单元103受到了外力作用发生了形变。

（4）当第四传感单元104受到弯曲、拉伸等外力作用时，第四传感单元104的电阻值迅速下降，供电电源U、第五金属箔电极115、第四传感单元104、第四金属箔电极114、LED3指示灯之间形成回路， LED3指示灯发光。而第一传感单元101、第二传感单元102、第三传感单元103、第五传感单元105由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED3指示灯发光时，则可以判定第四传感单元104受到了外力作用发生了形变。

（5）当第五传感单元105受到弯曲、拉伸等外力作用时，第五传感单元105的电阻值迅速下降，供电电源U、第五金属箔电极115、第五传感单元105、第六金属箔电极116、LED4指示灯之间形成回路， LED4指示灯发光。而第一传感单元101、第二传感单元102、第三传感单元103、第四传感单元104由于没有发生外力作用下的形变而处于高阻状态，其所在的电路处于开路状态。反之当LED4指示灯发光时，则可以判定第五传感单元105受到了外力作用发生了形变。

所述的柔性拉伸应变型电阻传感器表面贴覆多个铜箔电极，将传感器分割成多个感应测量单元，每个感应测量单元的初始电阻值处于高阻态，当其中的任一测量单元受到外力作用产生形变时，该测量单元的电阻值迅速下降到低阻态。利用这一原理，本实用新型所述的柔性拉伸应变型电阻传感器能够以一个传感器同时实现多个位置点拉伸形变信息的反馈与测量。如图8所示的是人的手关节示意图，人手的不同手指上含有第一关节1、第二关节2、第三关节3的2到3个活动的关节，使用本实用新型所述的柔性拉伸应变型电阻传感器能够以一个传感器同时实现多个关节活动信息的感应与反馈，在手势识别、手关节康复活动、智能机器人手指活动等领域具有潜在的应用前景。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：其包括传感单元和三个以上的引出电极，所述传感单元的材质为导电橡胶，所述传感单元的表面设有三个以上的金属箔，所述引出电极的数量与金属箔的数量相同，所述金属箔分别与引出电极连接。

2.根据权利要求1所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔贴覆在传感单元的表面。

3.根据权利要求2所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述传感单元呈条带状结构。

4.根据权利要求2所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔对称的分布在传感单元的表面。

5.根据权利要求4所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔的厚度为10μm-50μm。

6.根据权利要求5所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔为铜箔或者双面镀镍的铜箔。

7.根据权利要求6所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔与传感单元连接的面为粗化面。

8.根据权利要求7所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔的外表面为光亮面。

9.根据权利要求2所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述金属箔与传感单元通过热压的方法连接在一起。

10.根据权利要求1所述的柔性拉伸应变型电阻传感器，其特征在于：所述引出电极通过锡膏焊接、导电胶粘结与金属箔连接。