CN209841248U - 一种柔性阵列压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柔性阵列压力传感器，其将导电布技术应用到柔性压力传感器技术中，使柔性压力传感器结构简单轻便，不易脱落，制作成本低，性能稳定可靠；本实用新型将若干导电布条作为阵列电极分别纵向和横向交叉排列，当有导电布按压到其交叉点时，纵向和横向排列的导电布被导通，实现传感功能，使得传感器的结构十分简单；本实用新型采用电极扫描芯片对交叉点进行扫描，以获得交叉点的实时电阻变化信息，并将电阻变化信息及交叉点的位置信息反馈给CPU，实现对按压信息的感知。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性阵列压力传感器。
背景技术
随着柔性电子、智能纳米材料和微纳制造等领域的不断进步，具有轻薄便携、可弯折拉伸、电学性能优异和集成度高等特点的柔性压力传感器在软体机器人、医疗器械、可穿戴设备等领域展现出了很大的应用前景，是最受关注的传感器技术之一。
现有的柔性阵列传感器多采用电阻式，例如申请号为201210265123.9的专利提出了一种压力分布检测装置，主要包括传感器阵列组成的柔性阵列传感器单元、信号调理及数据采集单元和数据显示及分析单元三个部分，柔性阵列传感器单元依次连接信号调理及数据采集单元和数据显示及分析单元；柔性阵列传感器单元由传感器阵列和惠斯通电桥电路组成，其中传感器阵列由传感器节点组成，每个传感器节点对应一个应变片，应变片为金属箔片式电阻应变片；应变片按照行和列的方式排列组成传感器阵列；但应变片较厚且柔性不好，导致揉搓时容易与柔性基底脱开。
针对以上不足，有人以炭黑/硅橡胶制制备压敏复合材料，通过转印3D打印微结构模板图案，获得具有四棱锥结构的柔性压力传感器；利用印刷工艺直接印刷压力传感器，此技术制成的传感器能够实现对压力的感知，适合大面积集成应用，但实际使用过程中印刷的导电银浆容易脱落，影响传感器的使用效果。
因此，亟需一种柔性阵列压力传感器来解决现有的技术问题。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型将柔性非常好的导电布技术应用到柔性传感器技术中，提供一种柔性阵列压力传感器。
本实用新型是通过以下技术方案予以实现的。
一种柔性阵列压力传感器，包括：导电布、纵向电极、绝缘布、横向电极和柔性衬底；所述导电布布置在上层；所述若干纵向排列的纵向电极保持一定间距布置在中间层；所述若干绝缘布布置在所述若干纵向电极之间，起绝缘作用；所述若干横向排列的横向电极保持一定间距布置在下层；所述纵向电极和横向电极交叉布置但处于不连通状态；所述纵向电极、绝缘布和横向电极附着在所述柔性衬底上；所述导电布四周固定在柔性衬底上。
在所述纵向电极和横向电极的交叉点上按压导电布，所述纵向电极和横向电极导通，通过检测导通了的交叉点的电阻变化来体现按压状态。
所述导电布是具有导电功能的导电纤维布，覆盖在所述纵向电极上。
所述纵向电极为长条状，分上、下两层，上层为纵向导电层，下层为纵向绝缘层，上层和下层粘接在一起，所述纵向绝缘层附着在柔性衬底上；所述纵向电极沿长度方向依次加工有若干个孔；所述孔的位置处于所述纵向电极与所述横向电极的交叉点上。
所述横向电极为长条状，分上、下两层，上层为横向导电层，下层为横向绝缘层，上层和下层粘接在一起，所述横向绝缘层附着在柔性衬底上。
按压物在所述交叉点处按压所述导电布时，所述导电布在按压状态下阻抗变小且发生变形；所述导电布与所述纵向电极紧贴，所述导电布与横向电极通过孔紧贴，所以在所述交叉点处，所述横向电极和纵向电极作为电极、导电布作为导线形成了通路；按压力越大，导电布的阻值会越小，通过测量交叉点的电阻值即可得到按压力的大小。
若干个横向电极和若干个纵向电极交叉布置，形成了阵列形式的电路；为了识别被导通的交叉点的位置，一种柔性阵列压力传感器，还包括：电极扫描芯片；所述电极扫描芯片带有多个行扫描端口和多个列扫描端口并且存储有所有所述交叉点的位置信息；所述行扫描端口与列扫描端口分别与纵向电极和横向电极电连接；所述电极扫描芯片通过所述行扫描端口与列扫描端口向纵向电极和横向电极供电并进行扫描检测；所述电极扫描芯片与CPU电连接。
具体工作时，CPU首先向所述电极扫描芯片写入扫描间隔时间，所述电极扫描芯片依照写入的扫描间隔时间对纵向电极和横向电极形成的阵列电路进行扫描；当电极扫描芯片检测到了通过按压导电布而被导通了的交叉点时，电极扫描芯片会产生中断信号并将中断信号提供给CPU，CPU获得中断信号后，再次访问电极扫描芯片以获取导通了的交叉点位置信息，CPU获得位置信息后，将其传送给上一层系统进行进一步处理。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1)本实用新型将导电布技术应用到柔性压力传感器技术中，使柔性压力传感器结构简单轻便，不易脱落，制作成本低，性能稳定可靠；
2)本实用新型将若干导电布条作为阵列电极分别纵向和横向交叉排列，当有导电布按压到其交叉点时，纵向和横向排列的导电布被导通，实现传感功能，使得传感器的结构十分简单；
3)本实用新型采用电极扫描芯片对交叉点进行扫描，以获得交叉点的实时电阻变化信息，并将电阻变化信息及交叉点的位置信息反馈给CPU，实现对按压信息的感知。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本实用新型的三维结构示意图
图2为本实用新型的俯视图
图3为图2的A-A剖视图
图4为图2的A-A剖面受力示意图
图5为本实用新型的信号扫描示意图
图中：1、导电布；2、纵向电极；21、纵向导电层；22、纵向绝缘层；3、绝缘布；4、横向电极；41、横向导电层；42、横向绝缘层；5、柔性衬底；6、孔；7、电极扫描芯片；8、按压物。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
如图1-2所示，一种柔性阵列压力传感器，包括：导电布1、纵向电极2、绝缘布3、横向电极4和柔性衬底5；所述导电布1布置在上层；所述若干纵向排列的纵向电极2保持一定间距布置在中间层；所述若干绝缘布3布置在所述若干纵向电极2之间，起绝缘作用；所述若干横向排列的横向电极4保持一定间距布置在下层；所述纵向电极2和横向电极4交叉布置但处于不连通状态；所述纵向电极2、绝缘布3和横向电极4附着在所述柔性衬底5上；所述导电布1四周固定在柔性衬底5上。
在所述纵向电极2和横向电极4的交叉点上按压导电布1，所述纵向电极2和横向电极4导通，通过检测导通了的交叉点的电阻变化来体现按压状态。
所述导电布1是具有导电功能的导电纤维布，覆盖在所述纵向电极2上。
所述纵向电极2为长条状，分上、下两层，上层为纵向导电层21，下层为纵向绝缘层22，上层和下层粘接在一起，所述纵向绝缘层22附着在柔性衬底5上；所述纵向电极2沿长度方向依次加工有若干个孔6；所述孔6的位置处于所述纵向电极2与所述横向电极4的交叉点上。
所述横向电极4为长条状，分上、下两层，上层为横向导电层41，下层为横向绝缘层42，上层和下层粘接在一起，所述横向绝缘层42附着在柔性衬底5上。
具体的，如图3-4所示，按压物8在所述交叉点处按压所述导电布1时，所述导电布1在按压状态下阻抗变小且发生变形；所述导电布1与所述纵向电极2紧贴，所述导电布1与横向电极4通过孔6紧贴，所以在所述交叉点处，所述横向电极2和纵向电极4作为电极、导电布1作为导线形成了通路；按压力越大，导电布1的阻值会越小，通过测量交叉点的电阻值即可得到按压力的大小。
若干个横向电极2和若干个纵向电极4交叉布置，形成了阵列形式的电路；为了识别被导通的交叉点的位置及按压力的大小，如图5所示，一种柔性阵列压力传感器，还包括：电极扫描芯片7；所述电极扫描芯片7带有多个行扫描端口和多个列扫描端口并且存储有所有所述交叉点的位置信息；所述行扫描端口与列扫描端口分别与纵向电极2和横向电极4电连接；所述电极扫描芯片7通过所述行扫描端口与列扫描端口向纵向电极2和横向电极4供电并进行扫描检测；所述电极扫描芯片7与CPU电连接。
具体工作时，CPU首先向所述电极扫描芯片7写入扫描间隔时间，所述电极扫描芯片7依照写入的扫描间隔时间对纵向电极2和横向电极4形成的阵列电路进行扫描；当电极扫描芯片7检测到了通过按压导电布1而被导通了的交叉点时，电极扫描芯片7会检测交叉点的电阻值并将电阻值信号提供给CPU，CPU获得电阻值信号后，再次访问电极扫描芯片7以获取导通了的交叉点位置信息，CPU获得位置信息后，将其传送给上一层系统进行进一步处理。
最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。
Claims (8)
1.一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，包括：导电布(1)、长条状的纵向电极(2)和横向电极(4)；所述导电布(1)布置在上层；若干纵向排列的所述纵向电极(2)保持一定间距布置在中间层；若干横向排列的所述横向电极(4)保持一定间距布置在下层；所述纵向电极(2)和横向电极(4)交叉布置，交叉点形成阵列传感器。
2.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，还包括长条状的绝缘布(3)；若干所述绝缘布(3)布置在所述若干纵向电极(2)之间。
3.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，还包括柔性衬底(5)；所述纵向电极(2)、绝缘布(3)和横向电极(4)附着在所述柔性衬底(5)上；所述导电布(1)四周固定在柔性衬底(5)上。
4.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，所述导电布(1)是导电纤维布，覆盖在所述纵向电极(2)上。
5.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，所述纵向电极(2)分上、下两层，上层为纵向导电层(21)，下层为纵向绝缘层(22)，上层和下层粘接在一起，所述纵向绝缘层(22)附着在柔性衬底(5)上。
6.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，所述纵向电极(2)沿长度方向依次加工有若干个孔(6)；所述孔(6)的位置处于所述纵向电极(2)与所述横向电极(4)的交叉点上。
7.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，所述横向电极(4)分上、下两层，上层为横向导电层(41)，下层为横向绝缘层(42)，上层和下层粘接在一起，所述横向绝缘层(42)附着在柔性衬底(5)上。
8.根据权利要求1所述的一种柔性阵列压力传感器，其特征在于，还包括：电极扫描芯片(7)；所述电极扫描芯片(7)带有多个行扫描端口和多个列扫描端口并且存储所有所述交叉点的位置信息；所述行扫描端口与列扫描端口分别与纵向电极(2)和横向电极(4)电连接；所述电极扫描芯片(7)通过所述行扫描端口与列扫描端口向纵向电极(2)和横向电极(4)供电并进行扫描检测；所述电极扫描芯片(7)与CPU电连接。
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