基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电容感应式压力传感器，尤其是一种利用电活性聚合物的变形电 容值来实现压力检测的压力传感器，具体地说是一种基于电活性聚合物的分布式柔性压力 传感器，它可广泛应用于接触式测量、无损监测、机器人、生物力学等领域。
【背景技术】
[0002] 目前，压力传感器多数是基于金属、半导体应变片等刚性敏感材料制作而成，其缺 点是脆性大、应变小，缺乏柔韧性，舒适性差。然而，对于人体健康、康复医疗、体育锻炼、运 动生物学等领域均有对传感器柔韧性的要求，如研宄糖尿病患者的糖尿病足与地面接触压 力的分布，刚性压力传感器难以与患者足底完全接触，这就难以获取病足的完整病变情况； 汽车座椅舒适性除了座椅材质本身带来的影响，座椅靠背角度对舒适性也会带来影响，这 就需要测量不同角度的座椅对人体背部压力分布情况；传统机器人手由于多数采用刚性材 质，难以抓取鸡蛋等脆性物体，家庭护理型机器人由于手臂过于刚硬易于对老人或患者造 成二次伤害，无法在这些领域普及使用。
[0003] 因此，研发具有柔性的压力传感器，使其在物理特征上像人类的皮肤一样柔软，可 以自由弯曲甚至折叠，能够方便地对复杂表面形状的零件进行监测，不受监测物体表面和 结构的影响，这对于人体健康监测、体育锻炼、医疗康复、生物力学和安全监测等领域都具 有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有的压力传感器大多为刚性传感器，不能适应人体使用需 求及被测对像表面不平时的压力检测，存在脆性大、应变小，缺乏柔韧性，舒适性差，造成使 用不便或精度难以保证的问题，设计一种在物理特征上像人类的皮肤一样柔软的，可以自 由弯曲甚至折叠，能够方便地对复杂表面形状的零件进行监测，安装方便的基于电活性聚 合物的分布式柔性压力传感器。
[0005] 本发明的技术方案是： 一种基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器，其特征是它包括： 一底板6 ; 一电活性聚合物3,该电活性聚合物3与底板6粘结密封相连，并形成有多个密闭空间 5,在底板6上设有数量与密闭空间5至少相等的、用于向密闭空间5中充气以便使密闭空 间发生变形的气嘴7 ; 一第一电极层2,它覆盖在每个密闭空间的外表面；用于采集电活性聚合物3变形产生 的电信号，在第一电极屋2的表面覆盖有起保护作用的表面层1 ; 一第一铝箔层4,用于将覆盖在每个密闭空间的外表面的第一电极层2进行电气连接 形成行电极或列电极，以便将采集的电信号送至信号处理单元； 一第二电极层8,该第二电极层8覆盖在每个密闭空间的内表面；也用于采集电活性聚 合物3变形产生的电信号； 一第二铝箔层9,它被固定在上底板6,用于将覆盖在每个密闭空间5内表面的第二电 极层8进行电气连接形成列电极或行电极，以便将采集的电信号送至信号处理单元； 一硅橡胶衬垫10,它密封固定在电活性聚合物3表面的未凸起部分上，用于使各密闭 空间5保持在设定的参数同时使表面层1、第一电极层2和第一铝箔层4定位在密闭空间5 表面。
[0006] 所述的密闭空间5呈半球形结构。
[0007] 所述的多个密闭空间5呈阵列布置在底板6上。
[0008] 所述的电活性聚合物3为绝缘聚合物或是绝缘橡胶；厚度为0. 001~2mm。
[0009] 所述的电活性聚合物3为硅树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、热塑性弹性体、聚偏二乙 烯或其组合。
[0010] 所述的表面层1厚度为〇· 〇〇l~2mm，底板6厚度为0· 001~2mm。
[0011] 所述的第一铝箔层4和第二铝箔层9采集的电信号送入转换电路13将采集的电 容值转换成电压值，转换所得的电压通过行扫描器和列扫描器构成的行列扫描电路与接口 电路14连接，经滤波、放大、A/D转换后，通过接口电路14将数据传入计算机15进行分析、 处理与图形化显示结果。
[0012] 所述的转换电路13为调频电路、电桥测量电路、双T型充放电网络、脉冲调宽型电 路或运算放大器式电路。
[0013] 所述的第一电极层2和第二电极层8为能与电活性聚合物3 -起同步形变的材 料。
[0014] 所述的第一电极层2和第二电极层8为石墨、碳黑、胶态悬浮液、银凝胶、碳凝胶、 离子导电聚合物、电子导电聚合物，它们均匀涂覆于电活性聚合物3两侧以利于电荷的积 聚。
[0015] 本发明的有益效果： 本发明的基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器阵列，很好的解决了传统刚性压 力传感器脆性大、应变小、柔韧性差、舒适性差等问题，可以自由的弯曲甚至折叠，不受检测 表面形状和结构的限制，并且可以根据使用场合和检测范围的不同制备大小各异的柔性压 力传感器阵列，降低了使用成本。
[0016] 本发明的基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器阵列的转换电路部分，选择 方案具有多样性，可根据柔性传感器阵列应用场合的不同选择最合适的转换电路，这样可 以降低外界干扰的引入；接口电路部分，选择通用方案即可解决，降低开发难度。
[0017] 本发明的基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器阵列计算机分析、处理与显 示部分，可以根据应用领域的不同编写相应的软件系统，如：对于糖尿病患者建立个人足底 健康状况电子档案，不仅利于统计与分析发病人群的年龄范围，还利于观察足底病变的发 展史，便于医生给出正确合理的诊断结果；编写网球、羽毛球等运动员训练系统，便于教练 员掌握运动员的训练过程，及时发现错误并校正。
[0018] 本发明可广泛用于人体健康监测、体育锻炼、医疗康复、生物力学和安全监测等领 域。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的分布式柔性压力传感器阵列结构示意图。
[0020] 图2是本发明的分布式柔性压力传感器阵列的整体结构的示意图。
[0021] 图3是本发明的分布式柔性压力传感器阵列的工作过程框图。
[0022] 图4是本发明分布式柔性压力传感器阵列用于检测糖尿病患者病足的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0024] 如图1-4所示。
[0025] -种基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器，如图1所示，它包括底板6、电 活性聚合物3、第一电极层2、第一铝箔层4、第二电极层8、第二铝箔层9、硅橡胶衬垫10,底 板6厚度可为0. 001~2_ ;电活性聚合物3与底板6粘结密封相连，并形成有多个呈阵列布 置的密闭空间5 (图2中的阵列为5X5,具体实施时可根据需要自由设定)，用于与测量面 实现良好接触，它由多个密闭空间5呈阵列布置在底板6上，在底板6上设有数量与密闭空 间5 (可为半球形结构）至少相等的、用于向密半空间5中充气以便使密闭空间发生变形的 气嘴7 ;电活性聚合物3为绝缘聚合物或是绝缘橡胶，如硅树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、热塑 性弹性体、聚偏二乙烯或其组合，厚度为0. 〇〇1~2_。第一电极层2覆盖在每个密闭空间的 外表面；用于采集电活性聚合物3变形产生的电信号，在第一电极屋2的表面覆盖有起保 护作用的表面层1 (厚度为〇. 〇〇1~2_);第一铝箔层4,用于将覆盖在每个密闭空间的外表 面的第一电极层2进行电气连接形成行电极或列电极，以便将采集的电信号送至信号处理 单元；第二电极层8覆盖在每个密闭空间的内表面；也用于采集电活性聚合物3变形产生 的电信号；第二铝箔层9被固定在上底板6,用于将覆盖在每个密闭