CN208795388U - 压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压力传感器，包括：压感单元、柔性压力形变层以及设置在压感单元与柔性压力形变层之间的可填充气体的密封腔体；压感单元用于检测密封腔体中的气体作用在此压感单元上的压力；柔性压力形变层基于受到的按压产生形变，使密封腔体中气体的体积变小并且压强增大，增加压力；本实用新型的压力传感器，能够在提供压力检测的同时，在视觉上直观地提供压力传感器对于受到的按压的压力反馈，可以更加逼真地模拟生物体，从而可以更加逼真的模拟真实的生物皮肤等按压情况，提供更好的用户体验。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器。
背景技术
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境。现有的压力传感器多为力学传感器，如压阻式压力传感器、电容式压力传感器等，通过将压力信号转换为电信号，来实现对压力大小的检测。目前，压力传感器在仿生学中的应用越来越多，但是现有的压力传感器并不能完全模拟自然界中的生物皮肤等组织。如按压在生物皮肤上时，生物皮肤会根据压力的大小，产生不同程度的凹陷，给按压者以直观的视觉反馈，而现有的压力传感器并不能提供上述反馈，从而影响其用户体验。为了克服现有的压力传感器的局限，本实用新型提供一种新的压力传感器。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种压力传感器，能够进行压力检测并根据按压产生形变。
根据本实用新型的一个方面，提供一种压力传感器，包括：压感单元、柔性压力形变层以及设置在所述压感单元与所述柔性压力形变层之间的可填充气体的密封腔体；所述压感单元用于检测所述密封腔体中的气体作用在此压感单元上的压力；其中，所述柔性压力形变层基于受到的按压产生形变，使所述密封腔体中气体的体积变小并且压强增大，增加所述压力。
可选地，所述压感单元包括：压电层；所述压电层由压电材料构成，通过所述压电材料用于产生与所述压力相对应的电荷量。
可选地，所述压电材料包括：压电陶瓷材料、有机压电材料。
可选地，所述压感单元还包括：下电极层和上电极层；所述压电层设置在所述下电极层和所述上电极层之间；其中，所述密封腔体中的气体所产生的压力作用在所述上电极层上。
可选地，所述压感单元包括：侧壁；所述侧壁的底部和顶端分别与所述上电极层和所述柔性压力形变层连接，由所述上电极层、所述侧壁和所述柔性压力形变层围成所述密封腔体。
可选地，所述柔性压力形变层包括：柔性梁；所述侧壁的顶端与所述柔性梁连接。
可选地，所述柔性梁的材质包括：聚二甲基硅氧烷。
可选地，所述压感单元还包括：衬底层；所述下电极层设置在所述衬底层上。
可选地，所述衬底层包括：玻璃衬底层。
可选地，所述密封腔体中的气体包括：惰性气体。
本实用新型的压力传感器，在压感单元与柔性压力形变层之间设置可填充气体的密封腔体，柔性压力形变层基于受到的按压产生形变，使密封腔体中气体的体积变小并且压强增大，压感单元用于检测密封腔体中的气体作用在此压感单元上的压力；能够在提供压力检测的同时，在视觉上直观地提供压力传感器对于受到的按压的压力反馈，可以更加逼真地模拟生物体，从而可以更加逼真的模拟真实的生物皮肤等按压情况，提供更好的用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的压力传感器的一个实施例的结构示意图；
图2A和2B为本实用新型的压力传感器的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合图和实施例对本实用新型的技术方案进行多方面的描述。
下文为了叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致。
如图1所示，本实用新型提供一种压力传感器，包括：压感单元03、柔性压力形变层01以及设置在压感单元03与柔性压力形变层01之间的可填充气体的密封腔体02。压感单元03用于检测密封腔体中的气体作用在此压感单元03上的压力，压感单元03可以有多种实现方式。
柔性压力形变层01基于受到的按压产生形变，例如柔性压力形变层01 可以在受力点处出现凹陷等。通过柔性压力形变层01的形变可以使密封腔体 02中气体的体积变小并且压强增大，增加作用在此压感单元03上的压力。压感单元03可以根据压力的变化输出变化的检测信号。当柔性压力形变层 01上受到的按压消失时，柔性压力形变层01产生的形变恢复原状。
上述实施例中的压力传感器，能够在提供压力检测的同时，在视觉上直观地提供压力传感器对于受到的按压的压力反馈，例如，在柔性压力形变层上的受力点处出现凹陷等，可以更加逼真地模拟生物体，可以应用在医疗仿生等领域，在医疗仿生上可以提供更好的用户体验。
在一个实施例中，如图2A和2B所示，压感单元包括压电层4，压电层 4可以有多种实现方式。例如，压电层4由压电材料构成，压电材料用于产生与压力相对应的电荷量。压电材料可以有多种，例如压电材料可以为压电陶瓷材料、有机压电材料等。压电陶瓷材料可以为氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅等，有机压电材料可以为偏聚氟乙烯等。
压感单元包括下电极层5和上电极层3。压电层4设置在下电极层5和上电极层3之间，密封腔体02中的气体所产生的压力作用在上电极层3上。下电极层5和上电极层3可以采用多种材料和结构。压感单元还包括衬底层 6，下电极层5设置在衬底层6上。衬底层6可以为多种，例如为玻璃衬底层等。
压感单元包括侧壁2，侧壁2的底部和顶端分别与上电极层3和柔性压力形变层1连接，由上电极层3、侧壁2和柔性压力形变层1围成密封腔体 02，密封腔体02中封闭的气体包括惰性气体等。侧壁2与上电极层3和柔性压力形变层1的连接方式可以有多种，例如胶接等。
柔性压力形变层可采用多种材料和结构，例如柔性压力形变层包括柔性梁1，侧壁2的顶端与柔性梁1连接。由上电极层3、侧壁2和柔性梁1围成密封腔体02。柔性梁1的材质可以有多种，例如为聚二甲基硅氧烷PDMS等。
在一个实施例中，压力传感器包括由下至上依次设置的玻璃衬底层6、下电极层5、压电层4(由偏聚氟乙烯构成)、上电极层3、侧壁2和柔性梁 (PDMS)1，侧壁2、柔性梁1以及上电极3围成封闭空间，在封闭空间中充入惰性气体形成密封腔体。
当在柔性梁1上无手指按压时，密封腔体中的气体压强为P0，密封腔体中的气体对上电极的压力为F0，此时压电层4的压电材料产生的电荷量为q0。当手指按压在柔性梁1上时，柔性梁1受到压力，向下产生形变(凹陷)，从而使密封腔体的体积变小，密封腔体内的气体压强增大P0+ΔP，密封腔体内的气体对上电极3的压力为F0+ΔF，此时压电层4的压电材料产生的电荷量为q0+Δq，因此，可通过压电层4的压电材料产生的电荷量的变化感知是否有手指的按压，并根据电荷变化量的大小，确定按压的力度大小。
上述实施例提供的压力传感器，在压感单元与柔性压力形变层之间设置可填充气体的密封腔体，柔性压力形变层基于受到的按压产生形变，使密封腔体中气体的体积变小并且压强增大，压感单元用于检测密封腔体中的气体作用在此压感单元上的压力；解决了现有传感器在医疗仿生学中应用时，不能完全的模拟生物皮肤的问题，能够在提供压力检测的同时，也可以在视觉上直观地提供压力传感器对于受到的按压的压力反馈，可以更加逼真地模拟生物体，从而可以更加逼真的模拟真实的生物皮肤等按压情况，提供更好的用户体验。
上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
压感单元、柔性压力形变层以及设置在所述压感单元与所述柔性压力形变层之间的可填充气体的密封腔体；所述压感单元用于检测所述密封腔体中的气体作用在此压感单元上的压力；其中，所述柔性压力形变层基于受到的按压产生形变，使所述密封腔体中气体的体积变小并且压强增大，增加所述压力。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
所述压感单元包括：压电层；所述压电层由压电材料构成，通过所述压电材料用于产生与所述压力相对应的电荷量。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，
所述压电材料包括：压电陶瓷材料、有机压电材料。
4.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，
所述压感单元还包括：下电极层和上电极层；所述压电层设置在所述下电极层和所述上电极层之间；其中，所述密封腔体中的气体所产生的压力作用在所述上电极层上。
5.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，
所述压感单元包括：侧壁；所述侧壁的底部和顶端分别与所述上电极层和所述柔性压力形变层连接，由所述上电极层、所述侧壁和所述柔性压力形变层围成所述密封腔体。
6.如权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，
所述柔性压力形变层包括：柔性梁；所述侧壁的顶端与所述柔性梁连接。
7.如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，
所述柔性梁的材质包括：聚二甲基硅氧烷。
8.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，
所述压感单元还包括：衬底层；所述下电极层设置在所述衬底层上。
9.如权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，
所述衬底层包括：玻璃衬底层。
10.如权利要求1-9任一所述的压力传感器，其特征在于，
所述密封腔体中的气体包括：惰性气体。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111954353A (zh) * | 2019-05-16 | 2020-11-17 | 成都理工大学 | 一种基于LoRa通信的智能隧道照明装置 |
| CN112683956A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-04-20 | 山东交通学院 | 基于电势差的气体湿度的探测系统 |
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| CN112683956A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-04-20 | 山东交通学院 | 基于电势差的气体湿度的探测系统 |
| CN112683956B (zh) * | 2021-01-13 | 2022-08-23 | 山东交通学院 | 基于电势差的气体湿度的探测系统 |
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