CN211401071U

CN211401071U - 柔性传感器

Info

Publication number: CN211401071U
Application number: CN202020022519.0U
Authority: CN
Inventors: 曹永革; 王充; 宋鹤然; 曹智泉; 曹智俊
Original assignee: Zero Mirror Shenzhen Technology Co ltd
Current assignee: Zero Mirror Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2030-01-07

Abstract

一种柔性传感器，包括：第一硅胶层；金属层，设置在第一硅胶层，金属层的厚度小于毫米；金属层设有微裂纹，微裂纹沿着形变方向延伸；以及导电体，与金属层电连接。由于该柔性传感器的硅胶为柔性，金属在微裂纹的结构设计（微裂纹为金属层拉伸变化提供空间），该金属层的厚度小于毫米级，甚至可以达到微米或纳米级，且金属本身具有一定的柔软性。导电体可以是导电布、导电线、导电薄膜或任意的导电体即可，起到电阻值信号导出作用。因此本方案的柔性传感器为“柔”的传感器，与传统的“刚”的传感器有明显的区别和优势。

Description

柔性传感器

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传感器。

背景技术

随着信息时代的应用需求越来越高，对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高，而传统的“硬”传感器无法实现物体形变的测量，例如人体的姿态、机器人的多维度的转动等都无法获得变化，使得很多应用的场景无法测量。

因此，“软”的传感器是急需解决的技术难题。

发明内容

基于此，有必要提供一种新型柔性的传感器结构。

一种柔性传感器，包括：第一硅胶层；金属层，设置在所述第一硅胶层，所述金属层的厚度小于毫米；所述金属层设有微裂纹，所述微裂纹沿着形变方向延伸；以及导电体，与所述金属层电连接。

在一实施例中，还包括：第二硅胶层，覆盖所述金属层。

在一实施例中，所述金属层包括第一子金属层和第二子金属层，所述第一子金属层和所述第二子金属层皆设有微裂纹，所述第一子金属层的微裂纹方向和所述第二子金属层的微裂纹方向呈角度交错设置。

在一实施例中，所述第一子金属层的微裂纹方向和所述第二子金属层的微裂纹方向呈90度交错设置。

在一实施例中，所述微裂纹为镂空的呈线性结构。

在一实施例中，所述金属层为金、银、铜、铁或其合金。

在一实施例中，所述电源为纽扣电池，所述无线模块为WiFi、蓝牙或红外。

在一实施例中，还包括信号采集装置；所述信号采集装置包括：电路板、设置在所述电路板上的电源、无线模块和控制模块，所述电源为所述无线模块、所述控制模块提供电能；所述金属层通过所述导电体与所述控制模块电连接。

采用本方案的柔性传感器，当柔性传感器拉伸发生形变，由于其中间设有金属层，该金属层随着外部硅胶拉伸形变而发生形变，该金属层（金属的长宽等都发生变化）的电阻值也发生了变化。此时，该柔性传感器的拉伸形变量与电阻值的变化量形成关联关系，可用于测量待测物体的形变，并通过导电体把电阻值向外传递。

由于该柔性传感器的硅胶为柔性，金属在微裂纹的结构设计（微裂纹为金属层拉伸变化提供空间），该金属层的厚度小于毫米级，甚至可以达到微米或纳米级，且金属本身具有一定的柔软性。导电体可以是导电布、导电线、导电薄膜或任意的导电体即可，起到电阻值信号导出作用。因此本方案的柔性传感器为“柔”的传感器，与传统的“刚”的传感器有明显的区别和优势。

【附图说明】

图1为一个实施例柔性传感器的示意图；

图2为一个实施例微裂纹的微显示图；

图3为一个实施例柔性传感器的分解示意图；

图4为另一个实施例柔性传感器的分解示意图；

图5为一个实施例第一子金属层的示意图；

图6为一个实施例第二子金属层的示意图；

图7为一个实施例柔性传感器与信号采集装置连接的示意图；

图8为一个实施例信号采集装置的示意图。

【具体实施方式】

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

结合附图1-5，一个实施例中的柔性传感器1，包括：第一硅胶层11、金属层12以及导电体13。金属层12设置在第一硅胶层11，该金属层12的厚度小于毫米。在其它的实施例中，金属层12的厚度可以达到微米或纳米级。另外，结合附图2，该金属层12设有微裂纹121，微裂纹121沿着形变方向延伸，导电体13与金属层12电连接。该导电体13可以与外部电连接，并输出电阻值信号。在其它实施例中，该导电体13可以是导电布、导电线、导电薄膜或任意的导电体即可。

采用本方案的柔性传感器1，当其被拉伸发生形变，由于其中间设有金属层12，该金属层12随着外部硅胶拉伸形变而发生形变，该金属层12（金属的长宽等都发生变化）的电阻值也发生了变化。此时，该柔性传感器1的拉伸形变量与电阻值的变化量形成关联关系，可用于测量待测物体的形变，并通过导电体把电阻值向外传递。

由于该柔性传感器1的硅胶为柔性，金属在微裂纹121的结构设计（微裂纹121为金属层12拉伸变化提供空间），该金属层12的厚度小于毫米级，甚至可以达到微米或纳米级，且金属本身具有一定的柔软性。导电体可以是导电布、导电线、导电薄膜或任意的导电体即可，起到电阻值信号导出的作用。因此本方案的柔性传感器1为“柔”的传感器。

结合附图3，本方案的柔性传感器1还包括：第二硅胶层14，覆盖金属层12，即该柔性传感器1是三层结构，且通过磁控溅射的方式实现该柔性传感器1。具体的，底层为第一硅胶层11，然后通过磁控溅射的方式溅射金属而构成金属层12，该金属层12的材质可以是金、银、铜、铁或合金等金属，该金属层12的厚度根据产品的需要设置微米级或纳米级的厚度；最后，在该金属上再设置第二硅胶层14，形成立体结构的柔性传感器1。

进一步的，结合附图2，微裂纹121也可以是其它形状，例如菱形、圆形、线性或者不规则形状等（图未示）。该微裂纹121结构的设计，其核心是在拉伸形变的过程中，微裂纹121中的空隙为拉伸形变提供了空间，同时在拉伸形变的过程中，金属层12的长度（横向）或者厚度（纵向）都发生了形变，由R=ρL/S(其中,ρ表示电阻的电阻率,是由其本身性质决定,L表示电阻的长度,S表示电阻的横截面积)可知，电阻值就会跟随柔性传感器1的形变（实质是金属层12的形变）而发生变化，电阻值就会与柔性传感器1的形变量建立关联关系，实现柔性传感器1对待测物体形变的监控。包裹该金属层12的第一硅胶层11和第二硅胶层14快速的把金属层12“拉回”至初始状态（未超过为该柔性传感器1拉伸的极限位置），同时硅胶还可以保护金属层12不受到破坏，使得该柔性传感器1的使用寿命会更长。

在其它实施例中，结合附图4至6，金属层12包括第一子金属层122和第二子金属层123，第一子金属层122和第二子金属层123皆设有微裂纹121，第一子金属层122的微裂纹121方向和第二子金属层123的微裂纹121方向呈角度交错设置。该设计的优势是，可以保证在第一子金属层122或第二子金属层123中出现断裂或损坏时，其另外的子金属层可以起到备份作用。另外，不同子金属层的微裂纹121方向，也可以在微裂纹121出现“断裂”的时候，不同子金属层的微裂纹121可以起到“补充”作用。在一实施例中，第一子金属层122的微裂纹121方向和第二子金属层123的微裂纹121方向呈90度交错设置，能够有效的满足该柔性传感器1在横向和纵向拉伸形变时的大尺度形变，且有效保持“多角度”形变过程中的“稳定性”。可以理解，可以根据需要，设置不同数量的子金属层，以满足不同场景的拉伸形变需要。

结合附图7至8，本方案的信号采集装置3包括：电路板31、设置在电路板31上的电源32、无线模块33和控制模块34，电源32为无线模块33、控制模块34提供电能。具体的，电源32为纽扣电池，无线模块33为WiFi、蓝牙或红外。

进一步的，柔性传感器1的金属层12与控制模块34电连接，当柔性传感器1发生形变的时候，金属层12的电阻值信号发生变化，通过导电体24（例如：柔性导电线或柔性导电布）把电阻值信号传递至控制模块34，控制模块34（例如ARM处理器内核）计算得到电阻值并通过无线模块33传递至计算机后台（例如移动终端的APP或计算机设备等设备）或其它接收设备。

当然，在其它实施例中，也可以在该信号采集装置3还设置一显示灯或液晶数字显示屏（图未示），直接显示待测物体拉伸形变量所对应的拉伸力度数据。

采用本方案的柔性传感器11，由于该柔性传感器1的硅胶为柔性，金属在微裂纹121的结构设计（微裂纹121为金属层12拉伸变化提供空间），该金属层12的厚度小于毫米级，甚至可以达到微米或纳米级，且金属本身具有一定的柔软性。导电体可以是导电布、导电线、导电薄膜或任意的导电体即可，起到电阻值信号导出作用。因此本方案的柔性传感器1为“柔”的柔性传感器1。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种柔性传感器，其特征在于，包括：

第一硅胶层；

金属层，设置在所述第一硅胶层，所述金属层的厚度小于毫米；所述金属层设有微裂纹，所述微裂纹沿着形变方向延伸；以及

导电体，与所述金属层电连接。

2.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，还包括：第二硅胶层，覆盖所述金属层。

3.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，所述金属层包括第一子金属层和第二子金属层，所述第一子金属层和所述第二子金属层皆设有微裂纹，所述第一子金属层的微裂纹方向和所述第二子金属层的微裂纹方向呈角度交错设置。

4.根据权利要求3所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一子金属层的微裂纹方向和所述第二子金属层的微裂纹方向呈90度交错设置。

5.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，所述微裂纹为镂空的呈线性结构。

6.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，所述金属层为金、银、铜、铁或其合金。

7.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，还包括电源和无线模块，所述电源为纽扣电池，所述无线模块为WiFi、蓝牙或红外。

8.根据权利要求1或2所述的柔性传感器，其特征在于，还包括信号采集装置；所述信号采集装置包括：电路板、设置在所述电路板上的电源、无线模块和控制模块，所述电源为所述无线模块、所述控制模块提供电能；所述金属层通过所述导电体与所述控制模块电连接。