RU2666178C1 - Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа - Google Patents
Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666178C1 RU2666178C1 RU2017145780A RU2017145780A RU2666178C1 RU 2666178 C1 RU2666178 C1 RU 2666178C1 RU 2017145780 A RU2017145780 A RU 2017145780A RU 2017145780 A RU2017145780 A RU 2017145780A RU 2666178 C1 RU2666178 C1 RU 2666178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer film
- sensor
- polymer
- sides
- matrix type
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сенсорэлектронике. Использование: для создания пьезоэлектрических полимерных датчиков. Сущность изобретения заключается в том, что полимерный датчик матричного типа представляет собой полимерную пленку, содержащую поливинилиденфторид и металлизацию с обеих сторон пленки, полимерная пленка имеет вдоль по длине разную толщину, а именно, в боковом сечении имеет клиновидную форму, металлизация с обеих сторон полимерной пленки выполнена в виде массива попарно расположенных локальных металлических контактов, количество которых 2, где n находится в диапазоне от 1 до 16, каждый из контактов имеет электропроводящую дорожку, соединяющую контакт с расположенной по периферии полимерной пленки контактной площадкой. Технический результат - обеспечение возможности автономного управления и контроля оборудования. 3 ил.
Description
Изобретение относится к сенсорэлектронике, в частности к пьезоэлектрическим полимерным датчикам.
Аналогом предлагаемого пьзоэлектрического полимерного датчика является полимерный пьезоэлектрический датчик, реализуемый в [1]. Основой данного технического решения является получение полимерных композитов, в частности композиционных полимерных пьезоэлектриков, используемых в качестве пьезодатчиков, различного рода активаторов, термостойких покрытий. Получаемый пьезоэлектрический датчик представляет полимерную пленку, содержащую поливинилиденфторид (ПВДФ), металлизированную с двух сторон. Данная двухсторонняя металлизация необходима для присоединения внешними выводами к измерительному устройству. Техническим результатом является то, что полимерная пленка датчика характеризуется термостойкостью и высокими сегнетоэлектрическими и термическими свойствами.
Основным недостатком данного датчика является невозможность оценки состояния контролируемого оборудования на месте, для решения данной проблемы в предлагаемом устройстве используется массив датчиков с различной чувствительностью. Такой подход позволяет единовременно получать вектор значений, оценивать его при помощи высокопроизводительного ANFIS-процессора без использования сложного интегрально-дифференциального аппарата, что резко уменьшает время ответа, риски, связанные с отказом отдельных элементов датчика, а также практически исключает вероятность случайного срабатывания в следствии высокого уровня помех и шумов.
Также известен полимерный пьезоэлектрический датчик, реализуемый в [2]. Получаемый пьезоэлектрический датчик, как и в первом аналоге, представляет полимерную пленку, содержащую ПВДФ, металлизированную с двух сторон. Техническим результатом является то, что формируемый пьезоэлектрический датчик является гибким, его можно реализовать неограниченной длины и является менее чувствительным к условиям окружающей среды, чем существующие аналоги.
Недостатком данного устройства является высокая вероятность отказа в следствие большой длины датчика, а также чувствительность к случайным помехам. В случае датчика матричного типа в следствии его повреждения из строя выходит только один элемент и это практически не сказывается на работе датчика в целом.
Прототипом предлагаемого технического решения является пьезоэлектрический датчик, включающий полимерную пленку, содержащую ПВДФ, первый и второй адгезионные слои, первую и вторую пластину электродов, расположенные с обеих сторон и стеклянную подложку. Металлические пластины необходимы для присоединения внешними выводами к измерительному устройству [3]. Технический эффект связан с уменьшением влияния рабочей температуры. Конструкция датчика позволяет компенсировать флуктуации напряжения, вызванные рабочей температурой.
Недостатком данного устройства является низкая чувствительность вследствие большой массы датчика, а также чувствительность к случайным электрическим помехам, как и в предыдущем прототипе.
Задачей данного изобретения является оценка правильной работоспособности оборудования на основе акустических данных и выработка управляющего сигнала в дискретной форме: {"норма", "внимание", "опасность"}.
Поставленная задача решается путем создания чувствительного элемента в виде полимерной пленки, содержащей поливинилиденфторид, имеющей вдоль по длине разную толщину - боковом сечении имеет клиновидную форму, с обеих сторон полимерной пленки вдоль поверхности попарно сформированы локальные металлические тонкопленочные контакты, выполненные, например, из алюминия, каждый из которых имеет электропроводящую дорожку, сооединяющую контакт с расположенной по периферии полимерной пленки контактной площадкой.
Данные парные металлические контакты обеспечивают создание массива сенсоров, характеризуемых различной толщиной полимерной пленки, и, как следствие, различными зависимостями выходного напряжения от акустического сигнала. Количество таких сенсоров - 2n, где n находится в диапазоне от 1 до 16. Указанный диапазон обосновывается следующим образом. 2 сенсора - это уже массив. Выше 256 сенсоров использовать нецелесообразно, чтобы обеспечивалась возможность обработки снимаемых сигналов существующими стандартными процессорами. Данные попарно расположенные контактные площадки каждого сенсора посредством внешних выводов присоединяются к соответствующим клеммам контроллера. Данный массив сенсоров с контроллером образует пьезоэлектрический датчик матричного типа.
Совокупностью отличительных признаков изобретения является то, что полимерная пленка вдоль по длине имеет разную толщину - в боковом сечении имеет клиновидную форму, с обеих сторон полимерной пленки вдоль поверхности сформированы попарно металлические локальные металлические контакты. Наличие массива сенсоров - чувствительных элементов с разной толщиной пленки, разными пьезоэлектрическими параметрами и использование высокопроизводительного ANFIS-процессора обеспечивает возможность быстрой оценки состояния контролируемого оборудования, высокую чувствительность, скорость ответа, шумо- и помехозащищенность, и низкую вероятность отказа.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
На фиг. 1 приведено поперечное сечение полимерной пленки, содержащей металлизацию 4-х сенсоров, где 1 - полимерная пленка, 2 - локальный металлический контакт. На фиг. 2 представлен вид сверху пьезоэлектрического полимерного датчика матричного типа, где 1 - проводящая дорожка, 2 - контактная площадка. На фиг. 3 представлен вид снизу пьезоэлектрического полимерного датчика матричного типа
Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа изготавливают следующим образом. На стеклянную подложку, расположенную под углом 0,25 градуса к горизонтали, наносят 4% раствор поливинилиденфторида-трифторэтилена в 80% диметилсульфоксида и 20% ацетона. Выдерживают подложку в данном положении при 100°C до затвердевания (около 1 часа). Для кристаллизации полимерной пленки вышеупомянутую структуру нагревают до температуры 180°C, выдерживают в течение 30 секунд, и помещают в воду комнатной температуры. Далее полимерную пленку отделяют от подложки. Магнетронным распылением с использованием шаблона на обе стороны полимерной пленки последовательно наносят тонкую (0,1 мкм) пленку алюминия для формирования локальных металлических контактов, проводящих дорожек и контактных площадок. Внешними проводниками присоединяют попарно от каждого сенсора контактные площадки к клеммам контроллера.
Таким образом, предлагаемое решение конструкции пьезоэлектрического полимерного датчика матричного типа по сравнению с прототипом имеет ряд существенных преимуществ для систем автономного управления и контроля состояния оборудования, связанных с высокой производительностью, выработкой управляющего сигнала в дискретной форме, что позволяет резко разгрузить каналы телеуправления высокой чувствительностью, шумо- и помехозащищенностью, и низкой вероятностью отказа.
Источники информации
1. Патент РФ №2610 063.
2. Патент США №20160016369.
3. Патент США №20160305832 - прототип.
Claims (1)
- Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа, представляющий собой полимерную пленку, содержащую поливинилиденфторид и металлизацию с обеих сторон пленки, отличающийся тем, что полимерная пленка имеет вдоль по длине разную толщину, а именно, в боковом сечении имеет клиновидную форму, металлизация с обеих сторон полимерной пленки выполнена в виде массива попарно расположенных локальных металлических контактов, количество которых 2n, где n находится в диапазоне от 1 до 16, каждый из контактов имеет электропроводящую дорожку, соединяющую контакт с расположенной по периферии полимерной пленки контактной площадкой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145780A RU2666178C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145780A RU2666178C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2666178C1 true RU2666178C1 (ru) | 2018-09-06 |
Family
ID=63460154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017145780A RU2666178C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2666178C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975616A (en) * | 1988-08-18 | 1990-12-04 | Atochem North America, Inc. | Piezoelectric transducer array |
US5491879A (en) * | 1993-01-06 | 1996-02-20 | Institut Franco-Allemand De Recherches De Saint-Louis | Procedure to polarize at least one zone of a foil of ferroelectric material to produce a polarized element for piezoelectric or pyroelectric transducers |
RU2258276C1 (ru) * | 2004-03-31 | 2005-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ | Пьезоэлектрический датчик и способ его изготовления |
RU2262157C1 (ru) * | 2004-03-31 | 2005-10-10 | Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ | Пьезоэлектрический датчик |
CN101074895A (zh) * | 2007-06-19 | 2007-11-21 | 杭州电子科技大学 | 阵列压电传感器 |
US20080127727A1 (en) * | 2005-02-14 | 2008-06-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Piezoelectric Sensor Comprising a Thermal Sensor and an Amplifier Circuit |
US20170213955A1 (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | At&S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft | MEMS Piezoelectric Transducer Formed at a PCB Support Structure |
-
2017
- 2017-12-26 RU RU2017145780A patent/RU2666178C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975616A (en) * | 1988-08-18 | 1990-12-04 | Atochem North America, Inc. | Piezoelectric transducer array |
US5491879A (en) * | 1993-01-06 | 1996-02-20 | Institut Franco-Allemand De Recherches De Saint-Louis | Procedure to polarize at least one zone of a foil of ferroelectric material to produce a polarized element for piezoelectric or pyroelectric transducers |
RU2258276C1 (ru) * | 2004-03-31 | 2005-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ | Пьезоэлектрический датчик и способ его изготовления |
RU2262157C1 (ru) * | 2004-03-31 | 2005-10-10 | Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ | Пьезоэлектрический датчик |
US20080127727A1 (en) * | 2005-02-14 | 2008-06-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Piezoelectric Sensor Comprising a Thermal Sensor and an Amplifier Circuit |
CN101074895A (zh) * | 2007-06-19 | 2007-11-21 | 杭州电子科技大学 | 阵列压电传感器 |
US20170213955A1 (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-27 | At&S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft | MEMS Piezoelectric Transducer Formed at a PCB Support Structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9207134B2 (en) | Electronic device and quad-axial force and torque measurement sensor thereof | |
US4954811A (en) | Penetration sensor | |
PT103791A (pt) | Teclado baseado em polímero, co-polímero ou compósito com propriedades piezo- e/ou piroeléctricas e respectivas utilizações | |
TWI668463B (zh) | 超音波感測模組及其製作方法、電子裝置 | |
EP0044342A1 (en) | PRESSURE SENSITIVE PIEZOELECTRIC POLYMER SIGNAL GENERATOR. | |
JP2018517458A (ja) | 強誘電性複合素材ベースの人工電子皮膚 | |
JP2013178241A (ja) | 圧力感知センサ搭載配線板 | |
US9528890B2 (en) | Pressing force sensor | |
US10599249B2 (en) | Sensor device and sensing method based on an electroactive material | |
JP2007315875A (ja) | 感圧センサ | |
ATE377219T1 (de) | Fingererkennungsmodul im dünnfilmaufbau, mit resistiven temperaturempfindlichen elementen | |
JP2017012270A (ja) | フィルム型圧力センサ及びその製造方法 | |
JPS61273817A (ja) | 改良されたキ−ボ−ド装置および同様のものを製造するための方法 | |
JPS59230131A (ja) | ロ−ドセル | |
RU2666178C1 (ru) | Пьезоэлектрический полимерный датчик матричного типа | |
JPWO2015098724A1 (ja) | 圧電センサの製造方法 | |
JPH0252256A (ja) | 加速度計 | |
US10591360B2 (en) | Thermal sensor with two superposed pyroelectric portions for measuring a charge differential | |
JPWO2019021981A1 (ja) | 押圧センサ及び電子機器 | |
JP2006253416A (ja) | スイッチング素子とスイッチング素子を用いた競泳用タッチ板 | |
JPH0663725B2 (ja) | 圧電センサ | |
Zhang et al. | Bioinspired Environment‐Adaptable and Ultrasensitive Multifunctional Electronic Skin for Human Healthcare and Robotic Sensations | |
US11101423B2 (en) | Method of manufacturing a device comprising a material acquiring an electrical property after have been subjected to an electric polarisation | |
WO2015093356A1 (ja) | 圧電センサの製造方法 | |
Daniel et al. | Pressure sensors for printed blast dosimeters |