CN216899369U - 一种柔性传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柔性传感器阵列，包括相对设置的第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片，所述第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片之间设置有多个压电块，每一压电块的两端分别设有一第一柔性电极和一第二柔性电极；第一柔性电极划分为至少一组，同一组的第一柔性电极之间通过第一连接线串联连接，并连接有一第一导电引线；第二柔性电极划分为至少两组，同一组的第二柔性电极之间通过第二连接线串联连接，并连接有一第二导电引线。本实用新型中，通过对第一柔性电极和第二柔性电极分别分组，并以组为单位分别连接导电引线的方式将柔性传感器阵列连接为一个整体，连接的导电引线数量大大减少，便于连接使用；实用性强，应用广泛。

Description

一种柔性传感器阵列

技术领域

本实用新型属于压力传感器技术领域，特别涉及一种柔性传感器阵列。

背景技术

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；在VR虚拟仿真领域，经常需要对成片的区域进行检测，从而需要使用多个柔性传感器进行测量，如果采用单个的柔性传感器组成阵列进行测量，则不仅连接繁琐，而且需要大量的检测电路对各个传感器的电阻进行测量，成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种导电引线数量少以便于连接的柔性传感器阵列。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种柔性传感器阵列，包括相对设置的第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片，所述第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片之间设置有多个压电块，所述第一柔性薄膜片对应每一压电块的位置处分别设有一第一柔性电极，所述第二柔性薄膜片对应每一压电块的位置处分别设有一第二柔性电极，所述压电块的两端分别与对应的第一柔性电极和第二柔性电极紧密贴合；

所述第一柔性薄膜片上的第一柔性电极划分为至少一组，所述第一柔性薄膜片的一侧设有第一引线薄膜片，所述第一引线薄膜片上对应每一组第一柔性电极分别设有一第一导电引线，同一组的第一柔性电极之间通过第一连接线串联连接，并通过第一过渡线与对应的第一导电引线连接；

所述第二柔性薄膜片上的第二柔性电极划分为至少两组，且对于任意两个同组的第一柔性电极，其对应的第二柔性电极均未划分为同一组；所述第二柔性薄膜片的一侧设有第二引线薄膜片，所述第二引线薄膜片上对应每一组第二柔性电极分别设有一第二导电引线，同一组的第二柔性电极之间通过第二连接线串联连接，并通过第二过渡线与对应的第二导电引线连接。

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，所述第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片的硬度和所述压电块的硬度一致。

进一步的，所述压电块呈矩形阵列排布，所述第一柔性电极以矩形阵列的行为单位进行分组，所述第二柔性电极以矩形阵列的列为单位进行分组。

进一步的，在所述第一柔性薄膜片覆盖有第一绝缘层；所述第一绝缘层覆盖在第一连接线、第一过渡线和第一导电引线上，且露出各第一柔性电极；在所述第二柔性薄膜片覆盖有第二绝缘层；所述第二绝缘层覆盖在第二连接线、第二过渡线和第二导电引线上，且露出各第二柔性电极。

进一步的，所述第一引线薄膜片和第二引线薄膜片上均设置有连接插座，所述第一引线和第二引线均与连接插座电连接。

进一步的，所述第一引线薄膜片位于所述第二引线薄膜片的正上方，且所述第一引线薄膜片与第二引线薄膜片紧密贴合形成引线部。

进一步的，所述引线部的一端设置有插头，所述插头上对应每一第一引线和每一第二引线分别设置有导电插片，每一所述第一引线和每一所述第二引线分别与一导电插片对应连接。

进一步的，所述第一柔性薄膜片上对应压电块之间的空隙开设有第一通孔，所述第二柔性薄膜片上对应压电块之间的空隙开设有第二通孔；所述第一通孔和第二通孔相对设置。

本实用新型中，通过对第一柔性电极和第二柔性电极分别分组，并以组为单位分别连接导电引线的方式将柔性传感器阵列连接为一个整体，连接的导电引线数量大大减少，便于连接使用，且一个检测电路通过轮询的方式即可完成整个柔性传感器阵列的电阻采集，检测电路更加简单。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，灵敏度高，能够准确测量出施加在传感器上的压力值的大小；实用性强，应用广泛。

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10×10矩形阵列的柔性传感器阵列的结构示意图。

图中：10.第一柔性薄膜片，11.第一引线薄膜片，12.第一绝缘层，13.第一柔性电极，14.第一连接线，15.第一过渡线，16.第一导电引线，17.第一通孔，18.插座，20.第二柔性薄膜片，21.第二引线薄膜片，22.第二绝缘层，23.第二柔性电极，24.第二连接线，25.第二过渡线，26.第二导电引线，27.第二通孔，31.压电块，32.插头，33.导电插片。

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。

本实用新型一种柔性传感器阵列的一个优选实施例包括相对设置的第一柔性薄膜片10和第二柔性薄膜片20，所述第一柔性薄膜片10和第二柔性薄膜片20之间设置有多个压电块31，多个所述压电块31优选为以行、列的结构均匀排布(例如：以矩形阵列的形式排布，当设置两个压电块31时，即以1×2的阵列形式排布)；当然，多个所述压电块31也可以蜂窝形式或其他形式排布。本实施例中以九个压电块31按照3×3的矩形阵列形式排布为例进行说明。

所述压电块31采用离子导电水凝胶制成，离子导电水凝胶为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；且离子导电水凝胶的形变与其电阻值的变化关联性更强，与便于准确测量柔性传感器所受到的压力值大小。

所述第一柔性薄膜片10对应每一压电块31的位置处分别设有一第一柔性电极13，所述第二柔性薄膜片20对应每一压电块31的位置处分别设有一第二柔性电极23，所述压电块31的两端分别与对应的第一柔性电极13和第二柔性电极23紧密贴合。所述压电块31优选为柱形结构，以便于柱形结构的两个端面与第一柔性电极13和第二柔性电极23更好的贴合；所述第一柔性电极13和第二柔性电极23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。所述第一柔性薄膜片10和第二柔性薄膜片20的硬度优选为与所述压电块31的硬度一致；从而在柔性传感器受到挤压时，使第一柔性薄膜片10和第二柔性薄膜片20和压电块31同步变形，以提高测量精度。

所述第一柔性薄膜片10上的第一柔性电极13划分为至少一组，当压电块31以矩形阵列的形式排布时，优选为将同行的第一柔性电极13(即同行的压电块31所对应的第一柔性电极13)分为一组，以便于确定传感器的位置及便于连线；如图2所示，压电块31按照3×3的矩形阵列形式排布时，则将第一柔性电极13分为三组；当只有两个压电块31形成1×2的阵列形式时，则会将两个第一柔性电极13划分为一组。当然，分组时也可以将同一斜线上的第一柔性电极13分为一组，或者以其他任意方式进行分组。

所述第二柔性薄膜片20上的第二柔性电极23划分为至少两组，且对于任意两个同组的第一柔性电极13，其对应的第二柔性电极23均未划分为同一组；例如，如图2所示，当九个压电块31按照3×3的矩形阵列形式排布，且按照行进行划分将九个第一柔性电极13分为三组时；则在对第二柔性电极23进行分组时，任意两个同一行的第二柔性电极23均不能分在同一组；此时优选为将同列的第二柔性电极23(即同列的压电块31所对应的第二柔性电极23)分为一组，分组时也可以将同一斜线上的第二柔性电极23分为一组，或者以其他任意方式进行分组，只需要满足任意两个同一行的第二柔性电极23不分在同一组即可。

所述第一引线薄膜片11上对应每一组第一柔性电极13分别设有一第一导电引线16，同一组的第一柔性电极13之间通过第一连接线14串联连接，并通过第一过渡线15与对应的第一导电引线16连接。所述第二柔性薄膜片20的一侧设有第二引线薄膜片21，所述第二引线薄膜片21上对应每一组第二柔性电极23分别设有一第二导电引线26，同一组的第二柔性电极23之间通过第二连接线24串联连接，并通过第二过渡线25与对应的第二导电引线26连接。

为便于将柔性传感器阵列接入电路，还可设置插头32和导电插片33。如图2所示，当压电块31的数量较少时，可以使所述第一引线薄膜片11位于所述第二引线薄膜片21的正上方，并将第一引线薄膜片11向下弯折一段距离，将第二引线薄膜片21向上弯折一段距离，使第一引线薄膜片11与第二引线薄膜片21紧密贴合形成引线部。所述引线部的一端设置有插头32，所述插头32上对应每一第一引线和每一第二引线分别设置有导电插片33，每一所述第一引线和每一所述第二引线分别与一导电插片33对应连接。

如图3所示，当压电块31的数量较多，不便于采用导电插片33的连接方式时，可以将所述第一引线薄膜片11和第二引线薄膜片21分开设置，并在第一引线薄膜片11和第二引线薄膜片21上设置连接插座18，使所述第一引线和第二引线与连接插座18电连接。必要时还可以在第一柔性薄膜片10设置两个或两个以上的第一引线薄膜片11，在第二柔性薄膜片20设置两个或两个以上的第二引线薄膜片21，并在每一第一引线薄膜片11和每一第二引线薄膜片21上分别设置连接插座18，以连接更多的导电引线。

为保护第一连接线14、第一过渡线15、第一导电引线16、第二连接线24、第二过渡线25和第二导电引线26等导电连接线，优选为在在所述第一柔性薄膜片10覆盖有第一绝缘层12；所述第一绝缘层12覆盖在第一连接线14、第一过渡线15和第一导电引线16上，且露出各第一柔性电极13；在所述第二柔性薄膜片20覆盖有第二绝缘层22；所述第二绝缘层22覆盖在第二连接线24、第二过渡线25和第二导电引线26上，且露出各第二柔性电极23。

为在压电块31受挤压变形使第一柔性薄膜片10和第二柔性薄膜片20之前的空间变小时快速排出空气，避免空气阻力对测量的影响。优选为在所述第一柔性薄膜片10上对应压电块31之间的空隙开设有第一通孔17，所述第二柔性薄膜片20上对应压电块31之间的空隙开设有第二通孔27；所述第一通孔17和第二通孔27优选为相对设置。对于3×3的矩形阵列的排布形式，可以设置四个第一通孔17和四个第二通孔27，对于n×n的矩形阵列的排布形式，可以设置(n-1)×(n-1)个第一通孔17和对应的第二通孔27，所述第一通孔17和第二通孔27即可以是圆孔，也可以方孔，或者是其他形状的通孔。

在使用时，可通过轮询的方式分别将一个第一引线和一个第二引线接入测量电路，例如：可通过插头32或插座18将第一引线接入一个开关电路，将第二引线接入另一个开关电路，通过开关电路的通断每次连接一个第一引线和一个第二引线。如图2所示，以3×3的矩形阵列形式为例，在测量时，先将连接第一行的第一柔性电极13的第一引线接入测量电路，然后依次将连接第一列的第二柔性电极23的第二引线、连接第二列的第二柔性电极23的第二引线和连接第三列的第二柔性电极23的第二引线接入测量电路，从而可以分别测量出第一行第一列的压电块31的电阻、第一行第二列的压电块31的电阻和第一行第三列的压电块31的电阻。然后将连接第二行的第一柔性电极13的第一引线接入测量电路，然后依次将连接第一列的第二柔性电极23的第二引线、连接第二列的第二柔性电极23的第二引线和连接第三列的第二柔性电极23的第二引线接入测量电路，从而可以分别测量出第二行第一列的压电块31的电阻、第二行第二列的压电块31的电阻和第二行第三列的压电块31的电阻。最后将连接第三行的第一柔性电极13的第一引线接入测量电路，然后依次将连接第一列的第二柔性电极23的第二引线、连接第二列的第二柔性电极23的第二引线和连接第三列的第二柔性电极23的第二引线接入测量电路，可以分别测量出第三行第一列的压电块31的电阻、第三行第二列的压电块31的电阻和第三行第三列的压电块31的电阻，完成一次测量过程。从而通过一个测量电路即可得到九个压电块31的电阻值；之后，再重复上述过程，即可再次得到上述压电块31的电阻值。由于电路均换的速度非常快，因此相邻两次测量之间的间隙非常短，不会影响测量的实时性效果。

本实用新型中，通过对第一柔性电极13和第二柔性电极23分别分组，并以组为单位分别连接导电引线的方式将柔性传感器阵列连接为一个整体，连接的导电引线数量大大减少，便于连接使用；且一个检测电路通过轮询的方式即可完成整个柔性传感器阵列的电阻采集，检测电路更加简单。例如，对于3×3的矩形阵列，如果每个压电块31均单独连接两条导电引线，则需要18条导电引线，而采用本申请的连接方式后，仅需要6条导电引线即可，导电引线的数据减少了三分之二；对于10×10的矩形阵列，如果每个压电块31均单独连接两条导电引线，则需要200条导电引线，而采用本申请的连接方式后，仅需要20条导电引线即可，导电引线的数量更是减少了90％。另外，采用离子导电水凝胶制作压电块31，对压力的检测更为敏感，灵敏度高，能够准确测量出施加在传感器上的压力值的大小；应用广泛。

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)

1.一种柔性传感器阵列，其特征在于，包括相对设置的第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片，所述第一柔性薄膜片和第二柔性薄膜片之间设置有多个压电块，所述第一柔性薄膜片对应每一压电块的位置处分别设有一第一柔性电极，所述第二柔性薄膜片对应每一压电块的位置处分别设有一第二柔性电极，所述压电块的两端分别与对应的第一柔性电极和第二柔性电极紧密贴合；

所述第一柔性薄膜片上的第一柔性电极划分为至少一组，所述第一柔性薄膜片的一侧设有第一引线薄膜片，所述第一引线薄膜片上对应每一组第一柔性电极分别设有一第一导电引线，同一组的第一柔性电极之间通过第一连接线串联连接，并通过第一过渡线与对应的第一导电引线连接；

所述第二柔性薄膜片上的第二柔性电极划分为至少两组，且对于任意两个同组的第一柔性电极，其对应的第二柔性电极均未划分为同一组；所述第二柔性薄膜片的一侧设有第二引线薄膜片，所述第二引线薄膜片上对应每一组第二柔性电极分别设有一第二导电引线，同一组的第二柔性电极之间通过第二连接线串联连接，并通过第二过渡线与对应的第二导电引线连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔性传感器阵列，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所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一柔性薄膜片和第二柔性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所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述压电块呈矩形阵列排布，所述第一柔性电极以矩形阵列的行为单位进行分组，所述第二柔性电极以矩形阵列的列为单位进行分组。

6.根据权利要求1所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，在所述第一柔性薄膜片覆盖有第一绝缘层；所述第一绝缘层覆盖在第一连接线、第一过渡线和第一导电引线上，且露出各第一柔性电极；在所述第二柔性薄膜片覆盖有第二绝缘层；所述第二绝缘层覆盖在第二连接线、第二过渡线和第二导电引线上，且露出各第二柔性电极。

7.根据权利要求1所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一引线薄膜片和第二引线薄膜片上均设置有连接插座，所述第一引线和第二引线均与连接插座电连接。

8.根据权利要求1所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一引线薄膜片位于所述第二引线薄膜片的正上方，且所述第一引线薄膜片与第二引线薄膜片紧密贴合形成引线部。

9.根据权利要求8所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述引线部的一端设置有插头，所述插头上对应每一第一引线和每一第二引线分别设置有导电插片，每一所述第一引线和每一所述第二引线分别与一导电插片对应连接。

10.根据权利要求1所述的一种柔性传感器阵列，其特征在于，所述第一柔性薄膜片上对应压电块之间的空隙开设有第一通孔，所述第二柔性薄膜片上对应压电块之间的空隙开设有第二通孔；所述第一通孔和第二通孔相对设置。

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