一种压力传感器的制作方法

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种压力传感器。

背景技术：

随着电子技术、计算机技术和传感技术的相互渗透，传感器作为敏感元件被应用于机器人灵巧手、医疗康复和机器人检测等技术领域，用以仿照人类的触觉系统以提高检测灵敏度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，提供一种压力传感器。该压力传感器原理和结构简单，体积和质量较小，携带方便，可用于人体脉搏、心跳等生理参数的测量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种压力传感器，包括电路板、设置在所述电路板上的电阻应变部；所述电阻应变部用于将其机械上的应变转变为电阻变化；所述电阻应变部的靠近所述电路板的表面具有第一凸起结构，沿所述电路板的厚度方向，所述第一凸起结构的横截面沿逐渐靠近所述电路板的方向呈渐缩；所述电路板包括电路板本体以及设置于所述电路板本体上，且与所述电路板本体电连接的导电层；所述电阻应变部通过所述第一凸起结构与所述导电层接触并电连接，所述第一凸起结构的材料包括柔性材料。

可选的，所述第一凸起结构为多个，且所述第一凸起结构均为圆顶状触头结构。

可选的，所述电阻应变部包括柔性衬底以及设置于所述柔性衬底靠近所述电路板一侧表面的电阻应变层，所述柔性衬底靠近所述电阻应变层具有多个第一凸起；所述第一凸起的横截面沿逐渐靠近所述电阻应变层的方向呈渐缩；每个所述第一凸起以及位于所述第一凸起一侧且接触的所述电阻应变层的部分构成所述第一凸起结构。

可选的，所述压力传感器还包括绝缘保护层，所述绝缘保护层设置于所述电阻应变部远离所述电路板的一侧。

可选的，在所述第一凸起结构为多个，且所述第一凸起结构均为圆顶状触头结构的情况下；多个所述圆顶状触头结构分成多个触头组；每个所述触头组中的圆顶状触头结构呈阵列形式排布；所述绝缘保护层远离所述电阻应变部的表面具有多个第二凸起结构，在所述绝缘保护层厚度方向上，每个所述第二凸起结构的正投影与至少两个相邻的所述触头组所在区域的正投影部分重叠。

可选的，每个所述第二凸起结构为四棱台结构，在所述绝缘保护层的厚度方向上，每个所述四棱台结构的四个顶角的正投影与4个呈阵列形式排布的触头组所在区域的中心的正投影重叠。

可选的，所述压力传感器还包括电源模块，所述电源模块的第一电压端与所述电阻应变部电连接，第二电压端与所述电路板电连接。

可选的，所述电阻应变层的材料包括氧化石墨烯材料。

可选的，所述绝缘保护层和所述柔性衬底的材料均包括聚二甲基硅氧烷材料。

本发明的实施例提供一种压力传感器，应用界面电阻效应，即随着第一凸起结构和导电层之间的接触面积增大，该第一凸起结构与电路板之间的界面电阻变化的特点。通过向电路板和电阻应变部施加恒定的电压，根据电流等于电压除以电阻，在整个电路中，在其他电阻不发生变化的情况下，随着第一凸起结构与电路板之间的界面电阻变化，流过电路板和电阻应变部的电流发生变化，通过对流过电路板和电阻应变部的电流大小进行检测，即可对施加在压力传感器上的压力大小进行检测。该压力传感器原理和结构简单，体积和质量较小，携带方便。另外，通过观察流过电路板和电阻应变部的电流变化的次数，还可以对人体的脉搏、心跳等生理参数进行测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种压力传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种圆顶状触头结构与电路板之间由点面接触到面面接触的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种压力传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种压力传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种压力传感器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于图5的q区域的剖视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种基于图5的q区域的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明的实施例提供一种压力传感器，参见图1，包括电路板1、设置在该电路板1上的电阻应变部2，该电阻应变部2用于将其机械上的应变转变为电阻变化。

该电阻应变部2的靠近该电路板1的表面具有第一凸起结构3，沿该电路板1的厚度方向，该第一凸起结构3的横截面沿逐渐靠近该电路板1的方向呈渐缩。该电路板1包括电路板本体11和设置于该电路板本体11上，且与该电路板本体11电连接的导电层12。该电阻应变部2通过该第一凸起结构3与该导电层12接触并电连接，该第一凸起结构3的材料包括柔性材料。

在本发明实施例中，沿该电路板1的厚度方向，在向该压力传感器施加压力时，由于该第一凸起结构3的材料包括柔性材料，因此，该第一凸起结构3可发生形变。而又由于沿该电路板1的厚度方向，该第一凸起结构3的横截面沿逐渐靠近该电路板1的方向呈渐缩，因此，随着向该压力传感器施加压力增大，该第一凸起结构3与该导电层12之间的接触面积增大。

由于该电阻应变部2用于将其机械上的应变转变为电阻变化，因此，随着第一凸起结构3发生形变，该第一凸起结构3与该导电层12之间的接触面积增大，根据界面电阻效应，在外界条件不变的情况下，两个相互接触的表面之间的电阻与两个物体的接触面积大小有关。

基于此，在本发明实施例提供的压力传感器中，应用界面电阻效应，即随着第一凸起结构3和导电层12之间的接触面积增大，该第一凸起结构3与电路板1之间的界面电阻变化的特点。通过向电路板1和电阻应变部2施加恒定的电压，根据电流等于电压除以电阻，在整个电路中，在其他电阻不发生变化的情况下，随着第一凸起结构3与电路板1之间的界面电阻变化，流过电路板1和电阻应变部2的电流发生变化，通过对流过电路板1和电阻应变部2的电流大小进行检测，即可对施加在压力传感器上的压力大小进行检测。该压力传感器原理和结构简单，体积和质量较小，携带方便。

另外，通过观察流过电路板1和电阻应变部2的电流变化的次数，还可以对人体的脉搏、心跳等生理参数进行测量。

其中，该电阻应变部2和电路板1可以通过高斯胶带固定实现接触。

对该第一凸起结构3的具体形状不做限定，只要沿该电路板1的厚度方向，随着向该压力传感器施加压力增大，该第一凸起结构3与该导电层12之间的接触面积增大即可。

本发明的一实施例中，如图1所示，该第一凸起结构3为多个，且每个该第一凸起结构3为圆顶状触头结构。这样一来，在未向该压力传感器施加压力时，如图2所示，每个第一凸起结构3与该电路板1之间可以为点面接触，随着向该压力传感器施加压力增大，该凸起状触头结构3与该电路板1变为面面接触，从而能够在随着向该压力传感器施加压力增大的情况下，使第一凸起结构3与电路板1之间的接触面积增大。

其中，对该电阻应变部2的具体结构不做限定。

本发明的一实施例中，如图1和图3所示，该电阻应变部2包括柔性衬底21以及设置于该柔性衬底21靠近该电路板1一侧表面的电阻应变层22，该柔性衬底21靠近该电阻应变层22具有多个第一凸起；该第一凸起的横截面沿逐渐靠近该电阻应变层22的方向呈渐缩；每个该第一凸起以及位于该第一凸起一侧且接触的该电阻应变层22的部分构成该第一凸起结构3。

在本发明实施例中，通过在柔性衬底21的具有第一凸起的一侧表面形成电阻应变层22，即可得到可发生形变的第一凸起结构3，且随着该第一凸起结构3与该导电层12之间的接触面积增大，该第一凸起结构3与该导电层12之间的界面电阻变小，在向该电阻应变层22和电路板1施加恒定的电压时，通过对流过该电阻应变层22和电路板1的电流进行检测，即可对施加在该压力传感器上的压力进行检测。

具体的，可以在电阻应变层22的边缘蒸镀金单质以形成电极，通过导电银胶将该电极与外部电路电连接，以构成该电阻应变层22和电路板1的串联连接电路，向该电阻应变层22和电路板1施加恒定的电压。

其中，可选的，该电阻应变层22的材质包括氧化石墨烯材质。

石墨烯是一种二维晶体，由碳原子按照六边形进行排布，相互连接，形成一个碳分子，其结构非常稳定，其稳定的晶格结构使其具有优异的导电性能，因此，在本发明实施例中，通过使用氧化石墨烯材料制作电阻应变层22，能够进一步提高该压力传感器的检测灵敏性。

在该电阻应变层22的材质包括氧化石墨烯材质的情况下，在制作时，可以通过层层自组装的方式将该氧化石墨烯材质组装在柔性衬底21具有第一凸起的表面。

另外，在本发明实施例中，通过设置柔性衬底21，并将该电阻应变层22设置在柔性衬底21的表面，在向该压力传感器施加压力时，该柔性衬底21能够带动该电阻应变层22发生形变，提高检测灵敏性。同时，还能够提高压力传感器的柔性，使得该压力传感器可广泛应用于穿戴、医疗和生物等领域。

其中，对该柔性衬底21的材质不做具体限定。

可选的，该柔性衬底21的材质可以包括聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)材质。由于pdms具有非常大的回弹性，因此，如图2所示，在撤销施加在压力传感器上的压力时，还能够使第一凸起结构3迅速恢复原来的形状，从而能够进一步提高该压力传感器的检测灵敏性，并延长该压力传感器的使用寿命。

本发明的又一实施例中，如图3所示，该压力传感器还可以包括电源模块4，该电源模块4的第一电压端与该电阻应变部2电连接，第二电压端与电路板1电连接。

在本发明实施例中，能够形成电阻应变部2和电路板1的串联连接电路。在该串联连接电路中，该电阻应变部2通过该第一凸起结构3与导电层12电连接，导电层12与该电路板本体21电连接，通过该电源模块4向该电阻应变部2和电路板1施加恒定的电压u，根据串联电路中，公式电流i＝u/r，可以得知：随着多个该第一凸起结构3和电路板1之间的界面电阻变小，该串联电路中的总电阻r变小，流过该电阻应变部2和电路板1的电流增大，从而能够对施加在压力传感器上的压力大小进行检测。

本发明的又一实施例中，该电路板本体11的材质可以包括pet(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)材质，该导电层12可以为形成在该电路板本体11上的ito(indiumtinoxides，氧化铟锡)薄膜。即该电路板1为柔性电路板，能够进一步提高该压力传感器的柔性。

本发明的又一实施例中，如图4所示，该压力传感器还包括绝缘保护层5，该绝缘保护层5设置于该电阻应变部2远离该电路板1的一侧。

可选的，该绝缘保护层5的材质包括pdms材质。能够进一步提高该压力传感器的柔性和检测灵敏性。

另外，通过采用pdms材质，该绝缘保护层5和柔性衬底21可以通过各自的表面阳离子进行亲水改性后直接粘贴，不需要引入其它粘贴物质。

本发明的又一实施例中，如图5和图6所示，在该第一凸起结构3为多个，且每个第一凸起结构3为圆顶状触头结构的情况下；多个该圆顶状触头结构分成多个触头组31；每个触头组31中的圆顶状触头结构呈阵列形式排布；该绝缘保护层5远离该电阻应变部2的表面具有多个第二凸起结构6，在绝缘保护层5的厚度方向上，每个该第二凸起结构6的正投影与至少两个相邻的触头组31所在区域的正投影部分重叠。

在本发明实施例中，通过在绝缘保护层5远离该电阻应变部2的表面设置多个第二凸起结构6，由于在绝缘保护层5的厚度方向上，每个第二凸起结构6的正投影与至少两个相邻的触头组31所在区域的正投影部分重叠，与绝缘保护层5上未设置第二凸起结构6，在向该绝缘保护层5的一个位置施加压力时，仅能够使与该位置对应的圆顶状触头结构发生形变相比，能够在所施加的压力作用在第二凸起结构6上，将作用在一个第二凸起结构6上的压力分解至多个触头组31上，从而能够进一步提高该压力传感器的检测灵敏性。

本发明的一可选实施例中，如图7所示，每个该第二凸起结构6为四棱台结构，在该绝缘保护层5的厚度方向上，每个四棱台结构的四个顶角的正投影与4个呈阵列形式排布的触头组所在区域的中心的正投影重叠。

其中，每个触头组31中的圆顶状触头结构可以为呈4×4的矩阵形式排布。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。