CN213455509U - 一种传感器和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种传感器和电子装置，其中，该传感器包括第一压电驻极体和第二压电驻极体；第一信号端金属电极，设置于第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；接地端金属电极，设置于第一压电驻极体和第二压电驻极体之间；第二信号端金属电极，设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸。本申请提供的传感器通过采用压电驻极体作为传感材料，具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

Description

一种传感器和电子装置

技术领域

本申请涉及位置检测技术领域，具体是涉及一种传感器和电子装置。

背景技术

现今，具有位置检测功能的传感器通常是指能够根据物体接触该传感器时的声、光、电等信号来分析确定出接触物体的位置信息的器件。常见的有如应用于手机、平板电脑、工控机等设备之中的触控屏，其类型包括矢量压力传感技术触控屏、电阻技术触控屏、电容技术触控屏、红外线技术触控屏、表面声波技术触控屏等，且其基本原理都是利用触控屏的位置检测功能。因此，具有位置检测功能的传感器在人机交互应用中具有重要实用意义。

然而，目前大多数用于位置检测的传感器都为刚性结构，或者传感器厚度较大，且制造工艺较为复杂，以致传感器本身的结构及其安装的误差会对其进行的位置检测的精度有较大影响，这也增加了传感器在具体应用中的复杂性。

实用新型内容

本申请提供了一种传感器和电子装置，以解决现有的传感器为刚性结构，厚度较大，制造工艺较为复杂，以致成本较高，且位置检测的精度低，不够灵敏的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种传感器，其中，该传感器包括第一压电驻极体和第二压电驻极体；第一信号端金属电极，设置于第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；接地端金属电极，设置于第一压电驻极体和第二压电驻极体之间；第二信号端金属电极，设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸。

其中，第一信号端金属电极的数量包括至少两个，且分别间隔平行设置于第一压电驻极体的一侧面上，并朝向第一方向延伸。

其中，第二信号端金属电极的数量包括至少两个，且分别间隔平行设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，并朝向第二方向延伸。

其中，第一压电驻极体、第一信号端金属电极以及接地端金属电极均为长方体结构，且第一信号端金属电极和接地端金属电极在第一压电驻极体一侧面上的投影面积均小于第一压电驻极体一侧面的表面积。

其中，接地端金属电极包括第一接地端金属电极和第二接地端金属电极，第一接地端金属电极一侧面设置于第一压电驻极体背离第一信号端金属电极的另一侧面上，第二接地端金属电极的一侧面设置于第二压电驻极体背离第二信号端金属电极的另一侧面上，且第二接地端金属电极的另一侧面设置于第一接地端金属电极的另一侧面上。

其中，第二接地端金属电极与第一接地端金属电极之间设置有导电胶，以通过导电胶粘接于第一接地端金属电极上。

其中，第一压电驻极体和第二压电驻极体均是采用内部包括有孔洞结构的压电材料制成。

其中，压电材料为聚丙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种。

其中，第一信号端金属电极、接地端金属电极以及第二信号端金属电极的厚度均不大于1μm。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种电子装置，该电子装置包括相互电连接的信号处理器和传感器，其中，该传感器为如上任一项所述的传感器。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的传感器包括第一压电驻极体和第二压电驻极体；第一信号端金属电极，设置于第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；接地端金属电极，设置于第一压电驻极体和第二压电驻极体之间；第二信号端金属电极，设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸，以在采用压电驻极体作为传感材料，且当第一压电驻极体和第二压电驻极体在受力变形时，且分别对应于第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的补偿电荷将产生相应的变化，以通过分别连接至第一信号端金属电极、第二信号端金属电极、接地端金属电极的信号线和接地线分别向相应的信号处理器输出变化后的电信号，且因第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的延伸方向相互垂直，因此能够有效地反馈出传感器当前受力作用处的精确位置，并使得传感器具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本申请传感器第一实施方式的主视图；

图2是本申请传感器第一实施方式的俯视图；

图3是本申请传感器第一实施方式的仰视图；

图4是本申请传感器第二实施方式的主视图；

图5是本申请传感器第三实施方式的主视图；

图6是本申请电子装置一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请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。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

请参阅图1-图3，其中，图1是本申请传感器第一实施方式的主视图，图2本申请传感器第一实施方式的俯视图，图3是本申请传感器第一实施方式的仰视图。

在本实施方式中，提供一种传感器1，该传感器1在人机交互的应用中具有重要的实用意义，比如其可应用于假肢手、机器手、人工皮肤等技术领域，还可应用于跌倒检测、位置定位、振动位置精确检测等应用场景。例如，在一具体的实施例中，可将电连接有该传感器1的摩擦纳米发电机作为检测单元成阵列地嵌入到地毯中，以通过该传感器1对地毯进行位置检测来判断地毯上是否有人跌倒。当然，在其他实施例中，该传感器1也可以应用在其他应用场景中，本实施例对此并不加以限制。

具体地，该传感器1包括第一压电驻极体10、第二压电驻极体20、第一信号端金属电极30、接地端金属电极40以及第二信号端金属电极50。

其中，第一信号端金属电极30设置在第一压电驻极体10的一侧面上，且朝向第一方向延伸，而接地端金属电极40设置在第一压电驻极体10和第二压电驻极体20之间，并将第一压电驻极体10和第二压电驻极体20隔开，且第二信号端金属电极50进一步设置在第二压电驻极体20背离接地端金属电极40的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸，从而依次叠层设置得到传感器1。

可理解的是，第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50可分别通过相应的信号线外接于一信号处理器，且均由接地端金属电极40的接线端引出的接地线电连接至该信号处理器，以构成各自相互独立的信号处理回路。且其中与第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50相对应的第一压电驻极体10和第二压电驻极体20是储存有电荷(偶极子)的微孔结构，其在外力(静态力、动态力)的作用下将产生形变，以改变其电偶极矩，并补偿相应电荷所发生的变化，且对外表现出相应的电荷或电压信号。

则由此可知，当该第一压电驻极体10和第二压电驻极体20在受力变形时，其分别对应于第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的补偿电荷将产生相应的变化，以通过分别连接至第一信号端金属电极30、第二信号端金属电极50、接地端金属电极40的信号线和接地线向相应的信号处理器输出变化后的电信号，且因第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的延伸方向相互垂直，因此能够有效地反馈出传感器1当前受力作用处的精确位置。

可选地，第一压电驻极体10和第二压电驻极体20是以聚合物为基体，并采用内部包括有孔洞结构的压电材料制成，从而具有质量轻、厚度薄、柔软性好、灵敏度高等特点，且同时还具有制备工艺简单、成本低廉等优势。

可选地，第一压电驻极体10和第二压电驻极体20均由内部带有孔洞结构的聚丙烯(PP)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)等任一合理的聚合物材料中的一种经极化处理后得到，以当其受到力的作用而让其内部的孔洞结构发生变化时，能够引起第一压电驻极体10和第二压电驻极体20中电偶极矩的变化，并使得第一压电驻极体10和第二压电驻极体20对外表现出相应的电荷或电压信号，从而能够有效地反馈出传感器1当前受力作用处的精确位置。

其中，第一压电驻极体10和第二压电驻极体20的灵敏度相较于传统的压电PVDF(聚偏氟乙烯)高一个量级，且线性度好，无热释电效应，因而在其工作温度范围内基本不受温度变化的影响，且其制备工艺也较为简单，成本低廉。

在本实施例中，第一信号端金属电极30的数量为4个，第二信号端金属电极50的数量为3个。而可选地，第一信号端金属电极30的数量包括至少两个即可，具体数量可以根据实际的需求来增加或减少，且分别间隔平行设置于第一压电驻极体10的一侧面上，并朝向第一方向延伸。

可选地，第二信号端金属电极50的数量也包括至少两个，且分别间隔平行设置于第二压电驻极体20背离接地端金属电极40的一侧面上，并朝向第二方向延伸，且该第二方向与第一方向垂直。优选的，第一信号端金属电极30的数量与第二信号端金属电极50的数量相同。

可理解的是，该传感器1包括的第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的数量，其中每一个第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的长度和宽度，以及每相邻两个第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50之间的间距是由其具体的应用场景，第一压电驻极体10和第二压电驻极体20的大小，以及传感器1旨在覆盖的面积和其旨在达到的检测精度来具体设置的。

比如，当传感器1旨在对用户整个卧室的地面、整个办公桌的桌面或整个手机平面等任一合理的检测区域进行位置检测时，则需配置不同数量、长度、宽度以及相应间距的沿第一方向和第二方向延伸的第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50。比如，相较于对办公桌的桌面进行位置检测，当使用传感器1对一手机平面进行位置检测时，则该传感器1对第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的数量的配置需求将会更少，且相应的每一个第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的长度和宽度也将更短，相应的间距也会更小，而当有更高的检测灵敏度的要求时，则需要进一步增加第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的数量，并减小相应间距。

可选地，第一压电驻极体10、第一信号端金属电极30以及接地端金属电极40均为长方体结构，且第一信号端金属电极30和接地端金属电极40在第一压电驻极体10一侧面上的投影面积均小于第一压电驻极体10一侧面的表面积，从而使得第一压电驻极体10和接地端金属电极40能够被第一压电驻极体10有效地隔开。

可选地，第一信号端金属电极30、接地端金属电极40以及第二信号端金属电极50的厚度均不大于1μm。而在其他实施例中，随着新材料的发现，或不同应用场景的需要，第一信号端金属电极30、接地端金属电极40以及第二信号端金属电极50的厚度也可以大于1μm，本申请对此不做限定。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的传感器包括第一压电驻极体和第二压电驻极体；第一信号端金属电极，设置于第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；接地端金属电极，设置于第一压电驻极体和第二压电驻极体之间；第二信号端金属电极，设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸，以在采用压电驻极体作为传感材料，且当第一压电驻极体和第二压电驻极体在受力变形时，且分别对应于第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的补偿电荷将产生相应的变化，以通过分别连接至第一信号端金属电极、第二信号端金属电极、接地端金属电极的信号线和接地线分别向相应的信号处理器输出变化后的电信号，且因第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的延伸方向相互垂直，因此能够有效地反馈出传感器当前受力作用处的精确位置，并使得传感器具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

请继续参阅图4，图4本申请传感器第二实施方式的主视图。在本实施方式中的传感器与图1中的传感器第一实施方式的区别在于，接地端金属电极40进一步包括第一接地端金属电极41和第二接地端金属电极42。

其中，第一接地端金属电极41一侧面设置于第一压电驻极体10背离第一信号端金属电极30的另一侧面上，第二接地端金属电极42的一侧面设置于第二压电驻极体20背离第二信号端金属电极50的另一侧面上，且第二接地端金属电极42的另一侧面设置于第一接地端金属电极41的另一侧面上，并相互连接，从而能够通过同一接地线电连接至相应的信号处理器上。

可理解的是，在本实施方式的传感器1中，第一压电驻极体10的一侧面上并行间隔排列的第一信号端金属电极30与第二压电驻极体20一侧面上并行间隔排列的第二信号端金属电极50相互垂直，且通过将第一接地端金属电极41和第二接地端金属电极42叠层连接，使得第一压电驻极体10和第二压电驻极体20共地连接，而第一压电驻极体10及设置于其两侧的第一信号端金属电极30和第一接地端金属电极41与第二压电驻极体20及设置于其两侧的第二信号端金属电极50和第二接地端金属电极42为两个相互独立的单元。

其中，当该传感器1在某处受到力的作用时，传感器1的第一压电驻极体10和第二压电驻极体20均将分别通过第一信号端金属电极30和第一接地端金属电极41，以及第二信号端金属电极50和第二接地端金属电极42输出相应的电信号，即同时分别输出第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50对应的电信号，而因第一信号端金属电极30和第二信号端金属电极50的延伸方向是相互垂直，从而使得传感器1能够根据相应的电信号定位出该传感器1受力作用处的精确位置。

可理解的是，在本实施方式中，通过采用压电驻极体作为传感材料，能够有效地反馈出传感器1当前受力作用处的精确位置，并使得传感器1具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

请继续参阅图5，图5本申请传感器第三实施方式的主视图。在本实施方式中的传感器与图2中的传感器第二实施方式的区别在于，第二接地端金属电极42与第一接地端金属电极41之间还设置有导电胶60。

其中，第二接地端金属电极42能够通过该导电胶60可靠的粘接于第一接地端金属电极41上。

可选地，该导电胶60为导电银浆、导电金浆或导电铜浆等任一合理的能够将第一接地端金属电极41和第二接地端金属电极42粘合成一个整体的导电物质中的一种，本申请对此不做限定。

可理解的是，在本实施方式中，通过采用压电驻极体作为传感材料，能够有效地反馈出传感器1当前受力作用处的精确位置，并使得传感器1具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

基于总的技术构思，本申请还提供了一种电子装置，请参阅图6，图6是本申请电子装置一实施例的结构示意图。

其中，该电子装置100包括相互电连接的信号处理器2和传感器1，其中，该传感器1为如上任一项所述的传感器1。

可选地，该信号处理器2可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)电路、微处理器或单片机等任一合理的能够对传感器1的反馈电信号进行信号处理，以进行位置检测的处理器中的一种，本申请对此不做限定。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的传感器包括第一压电驻极体和第二压电驻极体；第一信号端金属电极，设置于第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；接地端金属电极，设置于第一压电驻极体和第二压电驻极体之间；第二信号端金属电极，设置于第二压电驻极体背离接地端金属电极的一侧面上，且朝向与第一方向垂直的第二方向延伸，以在采用压电驻极体作为传感材料，且当第一压电驻极体和第二压电驻极体在受力变形时，且分别对应于第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的补偿电荷将产生相应的变化，以通过分别连接至第一信号端金属电极、第二信号端金属电极、接地端金属电极的信号线和接地线分别向相应的信号处理器输出变化后的电信号，且因第一信号端金属电极和第二信号端金属电极的延伸方向相互垂直，因此能够有效地反馈出传感器当前受力作用处的精确位置，并使得传感器具有质量轻、厚度薄、柔软性好等特点，且相应的制作工艺也较为简单，并使得相应成本也较低，且应用安装方便、应用范围广、检测灵敏度高。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括：

第一压电驻极体和第二压电驻极体；

第一信号端金属电极，设置于所述第一压电驻极体的一侧面上，且朝向第一方向延伸；

接地端金属电极，设置于所述第一压电驻极体和所述第二压电驻极体之间；

第二信号端金属电极，设置于所述第二压电驻极体背离所述接地端金属电极的一侧面上，且朝向与所述第一方向垂直的第二方向延伸。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述第一信号端金属电极的数量包括至少两个，且分别间隔平行设置于所述第一压电驻极体的一侧面上，并朝向所述第一方向延伸。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述第二信号端金属电极的数量包括至少两个，且分别间隔平行设置于所述第二压电驻极体背离所述接地端金属电极的一侧面上，并朝向所述第二方向延伸。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述第一压电驻极体、所述第一信号端金属电极以及所述接地端金属电极均为长方体结构，且所述第一信号端金属电极和所述接地端金属电极在所述第一压电驻极体一侧面上的投影面积均小于所述第一压电驻极体一侧面的表面积。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述接地端金属电极包括第一接地端金属电极和第二接地端金属电极，所述第一接地端金属电极一侧面设置于所述第一压电驻极体背离所述第一信号端金属电极的另一侧面上，所述第二接地端金属电极的一侧面设置于所述第二压电驻极体背离所述第二信号端金属电极的另一侧面上，且所述第二接地端金属电极的另一侧面设置于所述第一接地端金属电极的另一侧面上。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，

所述第二接地端金属电极与所述第一接地端金属电极之间设置有导电胶，以通过所述导电胶粘接于所述第一接地端金属电极上。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述第一压电驻极体和所述第二压电驻极体均是采用内部包括有孔洞结构的压电材料制成。

8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，

所述压电材料为聚丙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，

所述第一信号端金属电极、所述接地端金属电极以及所述第二信号端金属电极的厚度均不大于1μm。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括相互电连接的信号处理器和传感器，其中，所述传感器为如权利要求1-9任一项所述的传感器。

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