CN209131870U

CN209131870U - 压力传感器

Info

Publication number: CN209131870U
Application number: CN201822079446.4U
Authority: CN
Inventors: 孙启军; 黄济欢; 田超; 华礼生
Original assignee: Billion Circuit Board Co Ltd
Current assignee: Billion Circuit Board Co Ltd
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2028-12-10

Abstract

本实用新型公开一种压力传感器，该压力传感器包括两导电层和两响应层。其中，两导电层相对设置且具有间隔；两响应层分别与导电层朝向另一导出层的内表面贴合，两响应层分别为第一响应层和第二响应层，第一响应层的内表面具有数个第一导电凸起，第二响应层的内表面设置有与第一导电凸起一一对应、并且在两导电层相对移动时与第一导电凸起抵接的数个第二导电凸起，一第一导电凸起与对应的一第二导电凸起之间具有间距，数个第一导电凸起与数个第二导电凸起之间形成有两个及以上不同的间距。本实用新型技术方案显著提高了压力传感器的灵敏度，使其具有较宽的检测范围和较低的检测限，有利于在智能穿戴产品中的推广和应用。

Description

压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种压力传感器。

背景技术

电子传感器是人工智能产品中的重要元器件，在智能穿戴产品中，压力传感器作为电子传感器的一种被广泛应用。为了满足智能穿戴产品对压力传感器的要求，压力传感器需要具备良好的柔性和较高的灵敏度。压力传感器是通过施加压力于传感器，以引起传感器内的位阻发生变化，从而通过测定位阻的变化而得到检测值。在检测过程中，位阻的变化主要取决于敏感层接触面积的变化。然而，目前常用的敏感层通常采用单一的层级结构，使得接触面积的变化范围较窄，导致压力传感器的检测范围较窄，检测下限偏高，灵敏度降低，从而不利于压力传感器在智能穿戴产品中的推广和应用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种压力传感器，旨在改善灵敏度，以利于在智能穿戴产品中的推广和应用。

为实现上述目的，本实用新型提出的压力传感器，包括：两导电层，相对设置且具有间隔；两响应层，分别与所述导电层朝向另一所述导电层的内表面贴合，所述两响应层分别为第一响应层和第二响应层，所述第一响应层的内表面具有数个第一导电凸起，所述第二响应层的内表面设置有与所述第一导电凸起一一对应、并且在所述两导电层相对移动时与所述第一导电凸起抵接的数个第二导电凸起，一所述第一导电凸起与对应的一所述第二导电凸起之间具有间距，数个所述第一导电凸起与数个所述第二导电凸起之间形成有两个及以上不同的所述间距。

优选地，还包括两保护层，所述两保护层分别与所述导电层的外表面贴合。

优选地，所述两导电层通过导线连接。

优选地，所述第一响应层和/或所述第二响应层的厚度为280μm至500 μm。

优选地，所述第一响应层和/或所述第二响应层的厚度为370μm至420 μm。

优选地，所述第一响应层包括第一支撑部分和凸设于所述第一支撑部分、并由数个所述第一导电凸起形成的第一形变部分；所述第二响应层包括第二支撑部分和凸设于所述第二支撑部分、并由数个所述第二导电凸起形成的第二形变部分；所述第一支撑部分和所述第二支撑部分分别与所述两导电层的内表面贴合，且所述第一支撑部分和/或所述第二支撑部分的厚度为20μm至 100μm。

优选地，所述保护层采用聚酰亚胺薄膜材料。

本实用新型技术方案通过采用两导电层和两响应层，一方面，由于两响应层分别与导电层的内表面贴合，第一响应层的内表面具有数个第一导电凸起，第二响应层的内表面设有与第一导电凸起一一对应、并且在两导电层相对移动时与第一导电凸起抵接的第二导电凸起，在外力作用下两导电层相对移动，两响应层形变以使第一导电凸起和第二导电凸起抵接，从而使传感器位阻发生变化。另一方面，通过数个第一导电凸起与数个第二导电凸起之间形成有两个及以上的间距，以在不同的外力下，第一导电凸起与第二导电凸起的抵接范围不同，形成不同的接触面积，形成不同的导电通道，即多层级的导电结构。因此，在接触面积的变化范围较宽的情况下，获得较广的检测范围，从而提高和降低了检测值的上下限，显著提高压力传感器的灵敏度，有利于在智能穿戴产品中的应用和推广。

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地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型压力传感器一实施例的结构示意图；

图2为图1中压力传感器处于压力作用下的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	压力传感器	10	响应层
11	支撑部分	12	形变部分
				20	导电层	30	保护层

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种压力传感器。

请参阅图1和图2。

在本实用新型实施例中，该压力传感器1包括两导电层20和两响应层10。其中，两导电层20相对设置且具有间隔；两响应层10分别与导电层20朝向另一导电层的内表面贴合，两响应层10分别为第一响应层10和第二响应层 10，第一响应层10的内表面具有数个第一导电凸起，第二响应层10的内表面设置有与第一导电凸起一一对应、并且在两导电层20相对移动时与第一导电凸起抵接的数个第二导电凸起，一第一导电凸起与对应的一第二导电凸起之间具有间距，数个第一导电凸起与数个第二导电凸起之间形成有两个及以上不同的间距。

具体地，压力传感器1的检测原理是在检测过程中，其内部会形成环形电流，通过电流的变化而检测得到外部压力的变化。而电流的变化与位阻有关。位阻的大小主要取决于两响应层10接触面积的大小。受到的压力越大，接触面积越大，则位阻越小，内部的环形电流越大；若受到的压力越小，接触面积较小，则形成的位阻越大，内部的环形电流就越小。因此，采用两导电层20，以通过导电层20与外部测试仪器的连接进行检测。还采用两响应层10，使两响应层10分别为第一响应层10和第二响应层10，第一响应层10与其中一导电层20朝向另一导电层20的内表面贴合，第二响应层10与另一导电层20的内表面贴合，第一响应层10的内表面具有数个第一导电凸起，使得第一响应层10的内表面呈凹凸不平状。第二响应层10的内表面具有数个第二导电凸起，第二响应层10的内表面亦呈凹凸不平状。且数个第一导电凸起与数个第二导电凸起一一对应，以在外压力作用下两导电层20相对移动，使两响应层10发生形变，数个第一导电凸起与数个第二导电凸起抵接，从而形成导电通路，减少位阻。为了提高压力传感器1的灵敏度，需要使位阻具有宽的变化范围，在此基础之上，使一第一导电凸起与对应的一第二导电凸起之间具有间距，使得数个第一导电凸起与数个第二导电凸起之间形成有两个或多个的间距。以此，可以使两响应层10形变时形成两个或多个不同大小的接触面积，形成了多层级的接触结构，从而使位阻能够在较宽的范围内变化，以增大、减小了压力传感器1的检测上下限，有效改善灵敏度。

数个第一导电凸起和数个第二导电凸起之间形成的两个或以上不同的间距，可使数个第一导电凸起的大小不同，数个第二导电凸起的大小也不同，且无需对称。这是因为，采用无序的方式，所形成接触面积的层级范围越广，灵敏度也就越高。

在实际应用中，对两响应层10的制造可采用多种方式，如微电机系统 (MEMS)，本实施例中，优选采用模板的制造方式。具体可采用砂纸为模板，将导电材料的溶液通过涂布或滚涂的方式涂布于砂纸表面，涂布完成后可在砂纸的表面形成一层湿膜，然后通过加热固化后，从模板上剥离，即可得到表面具有数个不同结构大小的导电凸起的响应薄膜。

一般情况下，该响应薄膜采用石墨材料，也可采用石墨粉与其他物质的混合材料，优选石墨粉与聚二甲基硅氧烷的混合材料，以使薄膜同时具有好的柔性。

两导电层20采用铜电极，外接测试仪器采用导线通过导电银浆与两铜电极连接，形成导电回路。还可使两导电层20通过导线连接后再与测试仪器连接，使得连接简单，操作更加简便。当然了，除铜电极外，导电层20还可采用其他导电电极，如银电极等。

本实用新型技术方案通过采用两导电层20和两响应层10，一方面，由于两响应层10分别与导电层20的内表面贴合，第一响应层10的内表面具有数个第一导电凸起，第二响应层10的内表面设有与第一导电凸起一一对应、并且在两导电层20相对移动时与第一导电凸起抵接的第二导电凸起，在外力作用下两导电层20相对移动，两响应层10形变以使第一导电凸起和第二导电凸起抵接，从而使传感器位阻发生变化。另一方面，通过数个第一导电凸起与数个第二导电凸起之间形成有两个及以上的间距，以在不同的外力下，第一导电凸起与第二导电凸起的抵接范围不同，形成不同的接触面积，形成不同的导电通道，即多层级的导电结构。因此，在接触面积的变化范围较宽的情况下，获得较广的检测范围，从而提高和降低了检测值的上下限，显著提高压力传感器1的灵敏度，有利于在智能穿戴产品中的应用和推广。

参阅图1和图2，该压力传感器1还包括两保护层30，两保护层30分别与导电层20的外表面贴合。采用保护层30，通过保护层30对导电层20的电极进行保护，还可通过高温胶带将两保护层30粘合在一起，以防止电极因外露遭受磨损，或因外界变化造成检测误差。本实施例中，该保护层30采用聚酰亚胺材料的薄膜制成，以同时增加压力传感器1的柔性，更有利于满足使用要求。

进一步地，第一响应层10和/或第二响应层10的厚度为280μm至500μm。这是因为，响应层10的厚度与响应层10的灵敏度呈反比，即随着厚度增加，响应层10在外力作用下越不容易发生形变，导致灵敏度降低。但若使厚度较薄，则会使强度偏低，容易因受力而损坏。因此，经过试验表明，响应层10 的厚度在280μm至500μm之内比较适宜。更优选的，使第一响应层10和/ 或第二响应层10的厚度为370μm至420μm。

参阅图1和图2，第一响应层10包括第一支撑部分11和凸设于第一支撑部分11、并由数个第一导电凸起形成的第一形变部分12；第二响应层10包括第二支撑部分11和凸设于第二支撑部分11、并由数个第二导电凸起形成的第二形变部分12；第一支撑部分11和第二支撑部分11分别与两导电层20的内表面贴合，且第一支撑部分11和/或第二支撑部分11的厚度为20μm至100 μm。在响应层10厚度一定的情况下，传感器的灵敏度还和响应层10中的支撑部分11的厚度有关。若支撑部分11越厚，则形变部分12越薄，形变部分 12受力发生的形变越小，压力传感器1的灵敏度越低。而支撑部分11是对形变部分12起支撑作用，若支撑部分11越薄，则压力传感器1的机械强度越低，越容易损坏，导致使用期限较短。因此，在响应层10厚度一定的情况下，支撑部分11的厚度优选为20μm至100μm。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

两导电层，相对设置且具有间隔；

两响应层，分别与所述导电层朝向另一所述导电层的内表面贴合，所述两响应层分别为第一响应层和第二响应层，所述第一响应层的内表面具有数个第一导电凸起，所述第二响应层的内表面设置有与所述第一导电凸起一一对应、并且在所述两导电层相对移动时与所述第一导电凸起抵接的数个第二导电凸起，一所述第一导电凸起与对应的一所述第二导电凸起之间具有间距，数个所述第一导电凸起与数个所述第二导电凸起之间形成有两个及以上不同的所述间距。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括两保护层，所述两保护层分别与所述导电层的外表面贴合。

3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述两导电层通过导线连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述第一响应层和/或所述第二响应层的厚度为280μm至500μm。

5.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第一响应层和/或所述第二响应层的厚度为370μm至420μm。

6.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第一响应层包括第一支撑部分和凸设于所述第一支撑部分、并由数个所述第一导电凸起形成的第一形变部分；所述第二响应层包括第二支撑部分和凸设于所述第二支撑部分、并由数个所述第二导电凸起形成的第二形变部分；所述第一支撑部分和所述第二支撑部分分别与所述两导电层的内表面贴合，且所述第一支撑部分和/或所述第二支撑部分的厚度为20μm至100μm。

7.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述保护层采用聚酰亚胺薄膜材料。