CN216846637U - 一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，包括柔性薄膜板，所述柔性薄膜板沿线性路径设置有多个柔性传感器，所述柔性薄膜板对应每一柔性传感器的位置处分别设置有第一电极薄膜片、自所述第一电极薄膜片的一侧向上弯折形成的弯折薄膜片、以及自弯折薄膜片的一端水平伸出至所述压电块上方的第二电极薄膜片；所述柔性传感器包括第一柔性电极、压电块和第二柔性电极；所述第一柔性电极电连接有第一引线，第二柔性电极电连接有第二引线。本实用新型中，通过弯折的方式将两个电极薄膜片制作在同一柔性薄膜板上，不仅制作工艺更加简单，而且能够避免第二电极薄膜片在传感器承压时会向下移动，容易使第一柔性电极与第一引线断开连接的问题。

Description

一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列

技术领域

本实用新型属于压力传感器技术领域，特别涉及一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列。

背景技术

随着时代的发展，压力传感器已经被应用于人们工作和生活的方方面面，人们对压力的监测要求越来越高，不在局限于对规整刚性表面的压力监测，形式也多种多样，普通的刚性传感器已无法达到人们的实际需求。柔性传感器是一种利用柔性材料制备的具有超强环境适应性的电子器件，可应用于人体健康监测、人体运动监测、人机交互以及软机器人技术等各个领域。而且，在使用过程中，有时需要沿所需的路径布设多个柔性传感器进行测量，如果采用多个传感器进行组合则不便于连接布线，因此有必要设计一种沿所需的路径排布的柔性传感器阵列。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供制作工艺简单的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，包括柔性薄膜板，所述柔性薄膜板的一侧沿线性路径设置有多个柔性传感器，所述柔性传感器包括设置在柔性薄膜板上的第一柔性电极、位于所述第一柔性电极上方的压电块、位于所述压电块上方的第二柔性电极；所述柔性薄膜板对应每一柔性传感器的位置处分别设置有一第一电极薄膜片、自所述第一电极薄膜片的一侧向上弯折形成的弯折薄膜片、以及自弯折薄膜片的一端水平伸出至所述压电块上方的第二电极薄膜片；所述压电块的上端面分别与对应的第一柔性电极紧密贴合，下端面与对应的第二柔性电极紧密贴合；所述柔性薄膜板上对应每一柔性传感器分别设置有一第一引线和一第二引线，每一所述柔性传感器的第一柔性电极分别与对应的第一引线电连接，第二柔性电极分别与对应的第二引线电连接；所述压电块通过对应的第一柔性电极和第一引线、以及对应的第二柔性电极和第二引线向外反馈压电块的电阻值。

进一步的，所述压电块采用离子导电水凝胶制成。

进一步的，所述第一柔性电极和第二柔性电极均为单层石墨烯或石墨。采用单层石墨烯或石墨做电极，能够避免离子导电水凝胶中的离子与电极发生反应，影响测量精度。

进一步的，所述第一电极薄膜片和第二电极薄膜片的硬度和所述压电块的硬度一致。从而在柔性传感器受到挤压时，使电极薄膜片和压电块同步变形，能够提高测量精度。

进一步的，所述柔性薄膜板设有引线部，所述引线部的一端对应每一柔性传感器分别设置有两个导电插片；每一所述柔性传感器的第一引线和第二引线的一端分别与一导电插片电连接。

进一步的，所述第一柔性电极的一侧设有向外伸出的第一连接线，所述第一连接线与对应的第一引线连接；使所述第一柔性电极通过第一连接线与对应的第一引线电连接。

进一步的，所述第二柔性电极的一侧设有沿弯折薄膜片向下延伸至第一电极部的第二连接线，所述第一电极部的边缘设有沿第一柔性电极外沿设置的第三连接线，所述第三连接线的一端与第二连接线连接，另一端连接有向外延伸并与对应的第二引线连接的第四连接线；使所述第二柔性电极通过第二连接线、第三连接线和第四连接线与对应的第一引线电连接。

进一步的，所述第一柔性电极、第二柔性电极、第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线、第一引线、第二引线和柔性薄膜板一体形成用于反馈压电块的电阻值的柔性电路板。

进一步的，在所述柔性薄膜板上还覆盖有绝缘层；所述绝缘层覆盖在第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线、第一引线和第二引线上，且露出第一柔性电极和第二柔性电极。

进一步的，每一所述柔性传感器的一侧分别设有缺口，所述柔性传感器的弯折薄膜片和第二电极薄膜片恢复水平位置后位于对应的缺口中。

本实用新型中，在同一柔性薄膜板上沿线性路径设置多个柔性传感器，并通过弯折的方式将各柔性传感器的两个电极薄膜片制作在同一柔性薄膜板上，不仅制作工艺更加简单，而且能够避免第二电极薄膜片在传感器承压时会向下移动，与第一电极薄膜片发生位置变化，从而容易使第一柔性电极与第一引线之间断开连接的问题，便于实现第一柔性电极与第一引线的电连接。另外，采用离子导电水凝胶制作压电块，对压力的检测更为敏感，测量的灵敏度高；电极薄膜片的硬度和所述压电块的硬度一致，从而在柔性传感器受到挤压时，使电极薄膜片和压电块同步变形，能够提高测量精度；采用单层石墨烯或石墨做电极，能够避免离子导电水凝胶中的离子与电极发生反应，影响测量精度。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列的一个优选实施例的结构示意图。

图2为图1的爆炸图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为将弯折薄膜片和第二电极薄膜片恢复水平位置后柔性薄膜板的结构示意图。

图中：10.柔性薄膜板，11.第一电极薄膜片，12.第二电极薄膜片，13.弯折薄膜片，14.压电块，15.引线部，16.导电插片，17.绝缘层，18.缺口，21.第一柔性电极，22.第二柔性电极，23.第一连接线，24.第二连接线，25.第三连接线，26.第四连接线，27.第一引线，28.第二引线。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列的一个优选实施例包括柔性薄膜板10，所述柔性薄膜板10的一侧沿线性路径设置有多个柔性传感器，本申请中以在所述柔性薄膜板10上设置四个柔性传感器为例进行说明，当然，也可以设置两个或三个柔性传感器，还可以设置四个以上的柔性传感器。所述线性路径既可以是直线，也可以是弧线或者其他的曲线，本实施例中以线性路径为直线为例进行说明。

如图2所示(图2中未展示导电插片16)，所述柔性传感器包括设置在柔性薄膜板10上的第一柔性电极21、位于所述第一柔性电极21上方的压电块14、位于所述压电块14上方的第二柔性电极22；所述柔性薄膜板10对应每一柔性传感器的位置处分别设置有一第一电极薄膜片11、自所述第一电极薄膜片11的一侧向上弯折形成的弯折薄膜片13、以及自弯折薄膜片13的一端水平伸出至所述压电块14上方的第二电极薄膜片12。所述第一柔性电极21和第二柔性电极22优选为圆形，当然也可以采用其他形状。如图4所示，优选为在每一所述柔性传感器的一侧分别设有缺口18，所述柔性传感器的弯折薄膜片13和第二电极薄膜片12恢复水平位置后位于对应的缺口18中；从而可采用一体成型的方式制作出包括第一电极薄膜片11、弯折薄膜片13和第二电极薄膜片12的柔性薄膜板10，制作工艺更加简单。

所述压电块14采用具有收缩弹性且电阻值与形状变化相对应的软体导电材质，在压力作用下产生形变后其电阻值相应变化，优选为所述压电块14采用离子导电水凝胶制成，形状优选为柱形结构，例如圆柱形结构，以便于柱形结构的两个端面分别与第一电极6和第二电极7贴合。离子导电水凝胶的形变与其电阻值的变化关联性更强，便于准确测量柔性传感器所受到的压力值大小。所述第一柔性电极21和第二柔性电极22均优选为单层石墨烯，当然，也可以采用石墨；以避免离子导电水凝胶中的离子与电极发生反应，影响测量精度。所述第一电极薄膜片11和第二电极薄膜片12的硬度和所述压电块14的硬度一致。从而在柔性传感器受到挤压时，使电极薄膜片和压电块14同步变形，以提高测量精度。

所述压电块14的上端面分别与对应的第一柔性电极21紧密贴合，下端面与对应的第二柔性电极22紧密贴合；优选为所述压电块14的两端分别通过导电胶与第一柔性电极21和第二柔性电极22粘接固定；所述柔性薄膜板10上对应每一柔性传感器分别设置有一第一引线27和一第二引线28。其中，各个所述第一引线27均位于柔性传感器阵列的同一侧，则相邻的两个第一引线27之间的间距相等；各个所述第二引线28均位于柔性传感器阵列的另一侧，则相邻的两个第二引线28之间的间距相等；所述第一引线27和第二引线28先朝柔性薄膜板10的一端延伸一段距离，再转向朝柔性薄膜板10的中心线延伸一段距离，使内侧相邻的第一引线27与第二引线28之前的间距、相邻的两个第一引线27之间的间距、相邻的两个第二引线28之间的间距均相等；之后再转向延伸至柔性薄膜板10的一端。每一所述柔性传感器的第一柔性电极21分别与对应的第一引线27电连接，第二柔性电极22分别与对应的第二引线28电连接；所述压电块14通过对应的第一柔性电极21和第一引线27、以及对应的第二柔性电极22和第二引线28向外反馈压电块14的电阻值。

如图3所示，所述第一柔性电极21的一侧设有向外伸出的第一连接线23，所述第一连接线23与对应的第一引线27连接；使所述第一柔性电极21通过第一连接线23与对应的第一引线27电连接。所述第二柔性电极22的一侧设有沿弯折薄膜片13向下延伸至第一电极部的第二连接线24，所述第一电极部的边缘设有沿第一柔性电极21外沿设置的第三连接线25，所述第三连接线25的一端与第二连接线24连接，另一端连接有向外延伸并与对应的第二引线28连接的第四连接线26；使所述第二柔性电极22通过第二连接线24、第三连接线25和第四连接线26与对应的第一引线27电连接。所述第一柔性电极21、第二柔性电极22、第一连接线23、第二连接线24、第三连接线25、第四连接线26、第一引线27、第二引线28和柔性薄膜板10一体形成用于反馈压电块14的电阻值的柔性电路板。

为便于将柔性传感器阵列上的各个柔性传感器接入电路，优选为在所述柔性薄膜板10设有引线部15，所述引线部15的一端对应每一柔性传感器分别设置有两个导电插片16；每一所述柔性传感器的第一引线27和第二引线28的一端分别与一导电插片16电连接。

为保护第一连接线23、第二连接线24、第三连接线25、第四连接线26、第一引线27和第二引线28等导电连接线，优选为在所述柔性薄膜板10上还覆盖有绝缘层17；所述绝缘层17覆盖在第一连接线23、第二连接线24、第三连接线25、第四连接线26、第一引线27和第二引线28上，且露出第一柔性电极21和第二柔性电极22。

采用本实施例中的柔性传感器阵列，可通过对应的第一引线和第二引线采集压电块的电阻值，并可通过电阻值计算出柔性传感器受到的压力大小。通过计算各柔性传感器的压力值之和即可得出预定路径上承受的压力。例如，本实施例中的柔性传感器阵列可应用于背包的肩带上，通过背包两个肩带的压力之和即可计算出背包的重量。

本实施例中，在同一柔性薄膜板10上沿线性路径设置多个柔性传感器，并通过弯折的方式将各柔性传感器的两个电极薄膜片制作在同一柔性薄膜板10上，不仅制作工艺更加简单，而且能够避免第二电极薄膜片12在传感器承压时会向下移动，与第一电极薄膜片11发生位置变化，从而容易使第一柔性电极21与第一引线27之间断开连接的问题，便于实现第一柔性电极21与第一引线27的电连接。另外，采用离子导电水凝胶制作压电块14，对压力的检测更为敏感，测量的灵敏度高；电极薄膜片的硬度和所述压电块14的硬度一致，从而在柔性传感器受到挤压时，使电极薄膜片和压电块14同步变形，能够提高测量精度；采用单层石墨烯或石墨做电极，能够避免离子导电水凝胶中的离子与电极发生反应，影响测量精度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，包括柔性薄膜板，所述柔性薄膜板的一侧沿线性路径设置有多个柔性传感器，所述柔性传感器包括设置在柔性薄膜板上的第一柔性电极、位于所述第一柔性电极上方的压电块、位于所述压电块上方的第二柔性电极；所述柔性薄膜板对应每一柔性传感器的位置处分别设置有一第一电极薄膜片、自所述第一电极薄膜片的一侧向上弯折形成的弯折薄膜片、以及自弯折薄膜片的一端水平伸出至所述压电块上方的第二电极薄膜片；所述压电块的上端面分别与对应的第一柔性电极紧密贴合，下端面与对应的第二柔性电极紧密贴合；所述柔性薄膜板上对应每一柔性传感器分别设置有一第一引线和一第二引线，每一所述柔性传感器的第一柔性电极分别与对应的第一引线电连接，第二柔性电极分别与对应的第二引线电连接；所述压电块通过对应的第一柔性电极和第一引线、以及对应的第二柔性电极和第二引线向外反馈压电块的电阻值。

2.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述压电块采用离子导电水凝胶制成。

3.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一柔性电极和第二柔性电极均为单层石墨烯或石墨。

4.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一电极薄膜片和第二电极薄膜片的硬度和所述压电块的硬度一致。

5.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述柔性薄膜板设有引线部，所述引线部的一端对应每一柔性传感器分别设置有两个导电插片；每一所述柔性传感器的第一引线和第二引线的一端分别与一导电插片电连接。

6.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一柔性电极的一侧设有向外伸出的第一连接线，所述第一连接线与对应的第一引线连接；使所述第一柔性电极通过第一连接线与对应的第一引线电连接。

7.根据权利要求6所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述第二柔性电极的一侧设有沿弯折薄膜片向下延伸至第一电极部的第二连接线，所述第一电极部的边缘设有沿第一柔性电极外沿设置的第三连接线，所述第三连接线的一端与第二连接线连接，另一端连接有向外延伸并与对应的第二引线连接的第四连接线；使所述第二柔性电极通过第二连接线、第三连接线和第四连接线与对应的第一引线电连接。

8.根据权利要求7所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一柔性电极、第二柔性电极、第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线、第一引线、第二引线和柔性薄膜板一体形成用于反馈压电块的电阻值的柔性电路板。

9.根据权利要求7所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，在所述柔性薄膜板上还覆盖有绝缘层；所述绝缘层覆盖在第一连接线、第二连接线、第三连接线、第四连接线、第一引线和第二引线上，且露出第一柔性电极和第二柔性电极。

10.根据权利要求1所述的一种沿线性路径排布的柔性传感器阵列，其特征在于，每一所述柔性传感器的一侧分别设有缺口，所述柔性传感器的弯折薄膜片和第二电极薄膜片恢复水平位置后位于对应的缺口中。

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