24]圖2:本實(shí)用新型彈性壓力傳感器矩陣上極板的俯視透視圖；
[0025]圖3:本實(shí)用新型彈性壓力傳感器矩陣上極板的剖切示意圖；
[0026]圖4:本實(shí)用新型彈性壓力傳感器矩陣柔性印刷電路板下極板示意圖；
[0027]圖5:本實(shí)用新型彈性壓力傳感器矩陣立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6:本實(shí)用新型平面型彈性壓力傳感器矩陣的側(cè)面剖切示意圖；
[0029]圖7:本實(shí)用新型曲面型彈性壓力傳感器矩陣的側(cè)面剖切示意圖；
[0030]圖8:本實(shí)用新型探頭立體結(jié)構(gòu)示意圖1 ;
[0031]圖9:本實(shí)用新型探頭立體結(jié)構(gòu)示意圖2 ；
[0032]圖中:1.彈性壓力傳感單元；2.定型背襯；3.彈性壓力傳感器矩陣；4.經(jīng)導(dǎo)線；
5.瑋導(dǎo)線；6.線纜；7.柔性膜；8.裂片槽；9.柔性印刷電路板下極板上面的下電極單元；10.展裂線；11.瑋壓焊板片；12.柔性印刷電路板下極板；13.硅彈性薄膜；14.把手。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1:
[0034]如圖1-6所示，一種彈性壓力傳感器矩陣，包括彈性壓力傳感單元1，所述彈性壓力傳感單元I緊密固定于硬性定型背襯2之上，該彈性壓力傳感單元I縱列、橫列連接，縱列的彈性壓力傳感單元I通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線4連接，橫列的彈性壓力傳感單元I通過(guò)瑋導(dǎo)線5連接，經(jīng)導(dǎo)線4、瑋導(dǎo)線5由線纜6導(dǎo)出。所述彈性壓力傳感單元I以單晶硅為基礎(chǔ)材料，硅基材料的厚度為0.2-3_。具體地，所述彈性壓力傳感單元I的上極板為硅基材料，厚度為0.05-lmm，彈性壓力傳感器單元I的上極板上面沉積的金屬膜片為0.1-1mm的正方形單元，金屬膜片厚度為0.0001-0.05mm。金屬膜片下面是娃彈性薄膜13，厚度為0.01-0.1mm。娃彈性薄膜13的正下方為0.15-lmm見(jiàn)方的空腔，高度為0.05_lmm。在硅基上極板背面沉積的金屬膜片厚度為0.0001-0.003mm，經(jīng)過(guò)金屬的濕法腐蝕，形成娃基上極板背面金屬膜片焊接單元-0.02?0.5mm寬，外邊長(zhǎng)為0.19?2mm的金屬方框。娃基上極板上面的上電極單元通過(guò)相同材料的金屬導(dǎo)線縱向連接，柔性印刷電路板下極板上面的下電極單元9也通過(guò)金屬導(dǎo)線橫向鏈接。上極板背面的金屬膜片焊接單元與下極板上面的下電極單元鍵合焊接后，在娃基材料上極板內(nèi)形成高度為0.05-lmm的空腔。所述彈性壓力傳感單元I為邊長(zhǎng)1-5mm的正方形，厚度為0.2_3mm。所述彈性壓力傳感單元I之間采用單面微距切割展裂的方式，背襯藍(lán)膜，縱列、橫列共同排列組成彈性壓力傳感器矩陣3?？v列彈性壓力傳感單元I為奇數(shù)列，奇數(shù)列的彈性壓力傳感單元I數(shù)量至少為7個(gè)；橫列彈性壓力傳感單元I為偶數(shù)列，偶數(shù)列的彈性壓力傳感單元I數(shù)量至少為8個(gè)。優(yōu)選將偶數(shù)列傳感矩陣單元以單一軸向方式進(jìn)行均勻曲面化處理。所述連接彈性壓力傳感單元I的經(jīng)導(dǎo)線4、瑋導(dǎo)線5為轉(zhuǎn)印的石墨烯導(dǎo)絲、銅導(dǎo)絲、金導(dǎo)絲中的一種，經(jīng)導(dǎo)線4、瑋導(dǎo)線5相互絕緣，并分別終止于經(jīng)壓焊板片、瑋壓焊板片11。所述彈性壓力傳感單元I的密度最高達(dá)250個(gè)/cm2，單點(diǎn)采樣頻率250Hz，壓力傳感矩陣的量程為O?100kPa之間，壓力綜合測(cè)量誤差彡5% F.S。
[0035]如圖7-9所示，一種用于檢測(cè)組織彈性的探頭，包括柔性膜7和彈性壓力傳感器矩陣3，所述彈性壓力傳感器矩陣3上面均勻緊密地覆蓋有柔性膜7，所述彈性壓力傳感器矩陣3由上述彈性壓力傳感器矩陣3組成。當(dāng)然，為便于人手握持，在探頭上部設(shè)有把手14。所述柔性膜7為派瑞林、TPU、派瑞林與TPU復(fù)合膜中的一種。所述柔性膜7的厚度為0.001-0.5mm,覆蓋柔性膜7的彈性壓力傳感器矩陣3整體撕裂強(qiáng)度達(dá)15/15N。所述探頭表面可設(shè)計(jì)為平面或曲面，曲率最小至1/5_。
[0036]具體材料選擇和工藝制作:選擇厚度為200 μπι，晶向?yàn)?00的4寸娃片為上極板，正面沉積金膜，厚度0.2 μπι ;在金膜上涂膠、光刻、顯影，再進(jìn)行濕法腐蝕金，去除光刻膠后，形成上極板上面的上電極單元和經(jīng)導(dǎo)線4。硅片背面沉積抗堿性氮化硅，厚度0.5 μπι，然后涂膠、光刻、顯影，干法刻蝕氮化硅，去除光刻膠后硅片背面形成氮化硅保護(hù)窗口和裂片槽8開(kāi)口。在硅片背面沉積金屬金膜，厚度0.2 μ m，在金膜上涂膠、光刻、顯影，再進(jìn)行金的濕法腐蝕，去除光刻膠后形成硅基上極板背面的金膜片焊接單元-0.05mm寬，外邊長(zhǎng)為0.2mm的金屬方框。用抗堿膠做正面保護(hù)，將硅片放入70°C，33%的KOH溶液中浸泡、腐蝕3.5小時(shí)，背面窗口的硅被腐蝕掉180 μ m左右，余留厚度20 μ m左右的硅，實(shí)現(xiàn)了彈性硅膜。同時(shí)因裂片槽開(kāi)口寬帶只有140 μ m，100晶向硅片KOH的腐蝕角度為53.V，所以腐蝕深度到底10um左右時(shí)即自行終止，還留下10um左右的硅作為連接。
[0037]下極板選用0.5mm厚的柔性印刷電路板，在柔性印刷電路板的上面沉積金膜，通過(guò)刻蝕形成下極板上面的下電極單元和瑋導(dǎo)線5。將硅片上極板背面的金膜片焊接單元與柔性印刷電路板下極板12上面的下電極單元進(jìn)行鍵合焊接，形成上極板經(jīng)向排列、下極板瑋向排列連接的彈性壓力傳感器矩陣3。通過(guò)硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽8及展裂線10展裂上極板，實(shí)現(xiàn)單一軸向彎曲的彈性壓力傳感器矩陣3。再通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線4、瑋導(dǎo)線5末端的壓焊板片分別引出經(jīng)線纜、維線纜，匯集成總線纜6后連接至控制分析電路。
[0038]彈性壓力傳感器矩陣3表面進(jìn)行派瑞林表面涂層，進(jìn)而在硅基矩陣表面形成密度均勻、表面平滑的被膜層，厚度為0.05mm。派瑞林之外的表面覆膜材料為TPU，該材料緊密貼合在傳感器矩陣的表面。被覆在彈性壓力傳感器矩陣3表面的派瑞林及TPU，共同構(gòu)成了傳感器矩陣抵抗溫度、濕度、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、漏電感應(yīng)，射頻干擾等影響因素的關(guān)鍵材料。電纜線屏蔽方法采用電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)-即保證電纜屏蔽層電位跟蹤電容極板電位，使得二者電位的幅值與相位均相同，以消除屏蔽線的分布電容影響。彈性壓力傳感器矩陣3優(yōu)選使用電荷放大器而不是電壓放大器，使儀器靈敏度與壓力傳感器內(nèi)外電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
[0039]彈性壓力傳感器矩陣3的背襯材料選用防靜電，硬度均勻適中，適合機(jī)械加工的材料，為了使傳感器工作中耦合性提高，背襯材料與傳感器矩陣接觸面設(shè)計(jì)采用3D matrix或solid works軟件設(shè)計(jì)為適形性一致的外形和曲率。制備Z軸的曲率為l/10mm，X軸長(zhǎng)度為24_，Y軸長(zhǎng)度為2Imm的探頭。其中硅基材料上極板中的空腔厚度為0.1_。彈性壓力傳感器矩陣3的壓力測(cè)量范圍為O?lOOkPa。矩陣中的彈性壓力傳感單元1，即壓力感應(yīng)點(diǎn)的點(diǎn)陣密度為56個(gè)/cm2，單點(diǎn)采樣頻率250Hz，壓力綜合測(cè)量誤差< 5% F.S。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種彈性壓力傳感器矩陣，包括彈性壓力傳感單元(I)、定型背襯(2)、經(jīng)導(dǎo)線(4)、瑋導(dǎo)線(5)，其特征在于，所述彈性壓力傳感單元(I)緊密固定于硬性定型背襯(2)之上，該彈性壓力傳感單元(I)縱列、橫列連接，縱列的彈性壓力傳感單元(I)通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線(4)連接，橫列的彈性壓力傳感單元⑴通過(guò)瑋導(dǎo)線(5)連接，經(jīng)導(dǎo)線(4)、瑋導(dǎo)線(5)由線纜(6)Q山寸出O2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，所述彈性壓力傳感單元(I)以單晶硅為基礎(chǔ)材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，所述彈性壓力傳感單元(I)為邊長(zhǎng)l_5mm的正方形，厚度為0.2_3mm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，所述彈性壓力傳感單元(I)之間采用單面微距切割展裂的方式，背襯藍(lán)膜，縱列、橫列共同排列組成彈性壓力傳感器矩陣⑶。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，縱列彈性壓力傳感單元(I)為奇數(shù)列，奇數(shù)列的彈性壓力傳感單元(I)數(shù)量至少為7個(gè)；橫列彈性壓力傳感單元(I)為偶數(shù)列，偶數(shù)列的彈性壓力傳感單元(I)數(shù)量至少為8個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，所述連接彈性壓力傳感單元(I)的經(jīng)導(dǎo)線(4)、瑋導(dǎo)線(5)為轉(zhuǎn)印的石墨烯導(dǎo)絲、銅導(dǎo)絲、金導(dǎo)絲中的一種，經(jīng)導(dǎo)線(4)、瑋導(dǎo)線(5)相互絕緣，并分別連接至經(jīng)壓焊板片、瑋壓焊板片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性壓力傳感器矩陣，其特征在于，所述彈性壓力傳感單元(I)的密度最高達(dá)250個(gè)/cm2，單點(diǎn)采樣頻率250Hz，壓力傳感矩陣的量程為O?100kPa之間，壓力綜合測(cè)量誤差< 5% R S。8.一種用于檢測(cè)組織彈性的探頭，包括柔性膜(7)和彈性壓力傳感器矩陣(3)，所述彈性壓力傳感器矩陣(3)上面均勻緊密地覆蓋有柔性膜(7)，其特征在于，所述彈性壓力傳感器矩陣(3)為上述權(quán)利要求1-7任一所述的彈性壓力傳感器矩陣(3)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)組織彈性的探頭，其特征在于，所述柔性膜(7)為派瑞林、TPU、派瑞林與TPU復(fù)合膜中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于檢測(cè)組織彈性的探頭，其特征在于，所述柔性膜(7)的厚度為0.001-0.5_，覆蓋柔性膜(7)的彈性壓力傳感器矩陣(3)整體撕裂強(qiáng)度達(dá)15/15N。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于檢測(cè)組織彈性的探頭，其特征在于，所述探頭表面可設(shè)計(jì)為平面或曲面，曲率最小至1/5_。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種彈性壓力傳感器矩陣及用于檢測(cè)組織彈性的探頭，以MEMS彈性壓力傳感單元為基本構(gòu)成單位，緊密粘接固定于單軸硬性定型背襯之上，每個(gè)彈性壓力傳感單元縱橫并列連接成彈性壓力傳感矩陣，縱列、橫列壓力傳感單元，分別通過(guò)經(jīng)導(dǎo)線、緯導(dǎo)線連接后，以線纜形式導(dǎo)出。彈性壓力傳感矩陣上面均勻緊密地覆蓋柔性膜，即構(gòu)成檢測(cè)組織彈性的探頭。
【IPC分類】A61B5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204683566
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420596947
【發(fā)明人】王洪超, 盧狄克, 高國(guó)華, 李樹(shù)峰, 曹建
【申請(qǐng)人】王洪超
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2014年10月16日