柔性传感器及其制备方法、智能传感器阵列及系统与流程

本发明涉及传感器的，特别涉及一种柔性传感器及其制备方法、智能传感器阵列及系统。

背景技术：

1、应变检测是传感系统里非常重要的一个分支。为了更好地实现对应变信号的传感、监测和诊断，人们一直在努力开发具有更高性能和能满足更多需求的智能应变传感器系统。然而，传统的应变传感器通常表现出低灵敏度和高迟滞行为，并且往往无法检测到微小的应变。

技术实现思路

1、本发明公开了一种柔性传感器及其制备方法、智能传感器阵列及系统，用于监测复杂环境中的微小应变。

2、为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供的一种柔性传感器，包括：柔性电路板及与所述柔性电路板连接的传感器组件；

4、其中，所述传感器组件包括衬底；

5、第一传感层，所述第一传感层位于所述衬底一侧，所述第一传感层包括至少两个沿第一方向平行间隔排列的第一子传感层，所述第一子传感层的延伸方向与所述第一方向垂直，所述第一传感层具有第一微裂纹结构；

6、第二传感层，所述第二传感层位于所述第一传感层背离所述衬底的一侧，所述第二传感层包括至少两个沿第二方向平行间隔排列的第二子传感层，所述第二子传感层的延伸方向与所述第二方向垂直，所述第二传感层具有第二微裂纹结构；所述第一方向与所述第二方向垂直；

7、屏蔽层，所述屏蔽层位于所述第一传感层和所述第二传感层之间。

8、由于传感器组件与柔性电路板连接，传感器组件将应变信号转换为可测量的电阻信号，经柔性电路板再转换为电信号；在衬底的一侧设置有具有第一微裂纹结构的第一传感层，第一传感层包括至少两个沿第一方向平行间隔排列的第一子传感层，第一子传感层的延伸方向与第一方向垂直；在第一传感层背离衬底的一侧设置有屏蔽层，在屏蔽层背离第一传感层的一侧设置有具有第二微裂纹结构的第二传感层，第二传感层包括至少两个沿第二方向平行间隔排列的第二子传感层，第二子传感层的延伸方向与第二方向垂直，第一子传感层和第二子传感层将应变信号转换为可测量的电阻信号，将第一子传感层和第二子传感层垂直设置，从而实现平面应变的全方向的测量；在第一传感层和第二传感层上的微裂纹结构提高了第一传感层和第二传感层对应变的敏感性，从而提高了本发明提供的柔性传感器的检测精度，精确检测第一方向和第二方向的所有应变变化。

9、可选地，所述第一微裂纹结构贯穿所述第一传感层；

10、所述第二微裂纹结构贯穿所述第二传感层。

11、可选地，所述第一微裂纹结构包括沿所述第一方向延伸的第一裂纹；所述第二微裂纹结构包括沿所述第二方向延伸的第二裂纹。

12、可选地，所述第一传感层包括由所述衬底指向所述屏蔽层方向依次设置的第一粘贴层和第一导电层；

13、所述第二传感层包括由所述衬底指向所述屏蔽层方向依次设置的第二粘贴层和第二导电层。

14、可选地，所述第一粘贴层的厚度为6nm-8nm，和/或；所述第二粘贴层的厚度为6nm-8nm。

15、可选地，所述第一粘贴层的材料包括镍，和/或；

16、所述第二粘贴层的材料包括镍。

17、可选地，所述第一导电层的材料为金属，和/或；所述第二导电层的材料为金属。

18、可选地，所述第一导电层的材料为金，和/或；所述第二导电层的材料为金。

19、可选地，所述第一导电层的厚度为48nm-52nm；所述第二导电层的厚度为48nm-52nm。

20、可选地，所述衬底的材料为弹性材料，和/或；所述屏蔽层的材料为弹性材料。

21、可选地，所述衬底的厚度为15μm-100μm，和/或；所述屏蔽层的厚度为15μm-100μm。

22、可选地，所述柔性电路板的厚度为0.05mm-0.15mm。

23、可选地，所述柔性电路板的基板材料包括聚酰亚胺。

24、可选地，所述柔性电路板与所述传感器组件贴附在一起。

25、第二方面，本发明提供一种柔性传感器的制作方法，包括：

26、提供一衬底；

27、在所述衬底形成有第一传感层，将所述第一传感层沿第二方向拉伸，以形成第一微裂纹结构；

28、提供一屏蔽层；

29、在所述屏蔽层上形成有第二传感层，将所述第二传感层沿第一方向拉伸，以形成第二微裂纹结构。

30、本发明提供了一种柔性传感器的制作方法，在衬底沉积第一传感层，并经拉伸处理使第一传感层形成贯通的第一微裂纹结构；在屏蔽层沉积第二传感层，并经拉伸处理使第二传感层形成贯通的第二微裂纹结构；上述柔性传感器的制备工艺简单。

31、第三方面，本发明提供一种智能传感器阵列，包括多个第一方面任一项所述的柔性传感器；

32、所述柔性传感器按照预设顺序设置在待测物体上，所述衬底与所述待测物体接触。

33、柔性传感器将待测物体或环境发生的复杂微小应变变化转化为电信号，多个柔性传感器根据待测物体的面积灵活选择，使得监测面积增加，并且可以实时监测待测物体或环境的复杂空间应变分布和强度变化，可用于可穿戴或器材设施的结构监测或损伤监测。

34、可选地，包括四个所述的柔性传感器，对称设置在所述待测物体上。

35、第四方面，本发明提供一种智能传感器系统，包括第三方面所述的智能传感器阵列、通信模块和移动终端，其中，

36、多个所述柔性传感器位于待测物体上用于感知所述待测物体上的应变信号，所述传感器组件将应变信号转变为电阻信号，所述电阻信号经所述柔性电路板电路转换为可由所述移动终端接收和处理的电信号；通过所述通信模块将多个柔性传感器与所述移动终端相互串联。

37、可选地，所述移动终端的界面包括可视化的应变分布区、数据实时显示区和系统控制区，其中，

38、所述可视化的应变分布区，用于将得到的各通道数据进行动态映射，显示应变的分布与强度变化；

39、所述系统控制区，用于主要的通信参数的设置；

40、所述数据实时显示区，用于接受到的经所述通信模块处理的各通道数据的实时显示。

技术特征：

1.一种柔性传感器，其特征在于，包括：柔性电路板及与所述柔性电路板连接的传感器组件；

2.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一微裂纹结构贯穿所述第一传感层；

3.根据权利要求2所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一微裂纹结构包括沿所述第一方向延伸的第一裂纹；所述第二微裂纹结构包括沿所述第二方向延伸的第二裂纹。

4.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一传感层包括由所述衬底指向所述屏蔽层方向依次设置的第一粘贴层和第一导电层；

5.根据权利要求4所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一粘贴层的厚度为6nm-8nm，和/或；所述第二粘贴层的厚度为6nm-8nm。

6.根据权利要求4或5所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一粘贴层的材料包括镍，和/或；

7.根据权利要求4-6任一项所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一导电层的材料为金属，和/或；所述第二导电层的材料为金属。

8.根据权利要求4-7任一项所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一导电层的材料为金，和/或；所述第二导电层的材料为金。

9.根据权利要求4-8任一项所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一导电层的厚度为48nm-52nm；所述第二导电层的厚度为48nm-52nm。

10.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述衬底的材料为弹性材料，和/或；所述屏蔽层的材料为弹性材料。

11.根据权利要求1或10所述的柔性传感器，其特征在于，所述衬底的厚度为15μm-100μm，和/或；所述屏蔽层的厚度为15μm-100μm。

12.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述柔性电路板的厚度为0.05mm-0.15mm。

13.根据权利要求1或12所述的柔性传感器，其特征在于，所述柔性电路板的基板材料包括聚酰亚胺。

14.根据权利要求1或12所述的柔性传感器，其特征在于，所述柔性电路板与所述传感器组件贴附在一起。

15.一种柔性传感器的制作方法，其特征在于，包括：

16.一种智能传感器阵列，其特征在于，包括多个权利要求1-14任一项所述的柔性传感器；

17.根据权利要求16所述的智能传感器阵列，其特征在于，包括四个所述的柔性传感器，对称设置在所述待测物体上。

18.一种智能传感器系统，其特征在于，包括权利要求16或17所述的智能传感器阵列、通信模块和移动终端，其中，

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述移动终端的界面包括可视化的应变分布区、数据实时显示区和系统控制区，其中，

技术总结
本发明涉及传感器的领域，公开一种柔性传感器及其制备方法、智能传感器阵列及系统，该柔性传感器包括柔性电路板及与柔性电路板连接的传感器组件；传感器组件包括衬底；第一传感层位于衬底一侧，第一传感层包括至少两个沿第一方向平行间隔排列的第一子传感层，第一子传感层的延伸方向与第一方向垂直，第一传感层具有第一微裂纹结构；第二传感层，第二传感层位于第一传感层背离衬底的一侧，第二传感层包括至少两个沿第二方向平行间隔排列的第二子传感层，第二子传感层的延伸方向与第二方向垂直，第二传感层具有第二微裂纹结构；第一方向与第二方向垂直；屏蔽层，屏蔽层位于第一传感层和第二传感层之间。用于监测复杂环境中的微小应变。

技术研发人员：鲍容容,潘曹峰,万亦歆
受保护的技术使用者：北京纳米能源与系统研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15