高聚能介電彈性體微力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種高聚能介電彈性體微力傳感器，包括立方體外殼，置于立方體外殼內(nèi)且一端固定在其內(nèi)壁上的等強(qiáng)度懸臂梁，在其表面通過丙烯酸鹽彈性體粘貼有電容傳感片，在其自由端垂直連接有傳遞力的剛性桿件，剛性桿件的施加力的一端穿出立方體外殼；電容傳感片為三明治結(jié)構(gòu)，包括高聚能介電彈性體以及分別涂敷于其上表面和下表面的上層柔順電極和下層柔順電極；這種涂有柔順電極的高聚能介電彈性體薄膜為平行板電容器，當(dāng)高聚能介電彈性體被拉伸產(chǎn)生應(yīng)變時，電容值發(fā)生相應(yīng)改變；當(dāng)未知力作用于等強(qiáng)度懸臂梁自由端，使得電容傳感片產(chǎn)生應(yīng)變，等強(qiáng)度懸臂梁自由端的力與電容傳感片改變的電容值幾乎為線性關(guān)系，進(jìn)而通過測得電容的改變值獲知未知力的大小。
【專利說明】高聚能介電彈性體微力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種微力傳感器，具體涉及一種高聚能介電彈性體微力傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 力的傳感器廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、生活和工業(yè)自動化檢測及控制領(lǐng)域。一般傳統(tǒng) 的力傳感器有電阻應(yīng)變式、壓磁式和壓電式。電阻應(yīng)變式力的傳感器其制作工藝要求較高。 壓磁式力的傳感器測量精度不高，反應(yīng)速度低。壓電式力的傳感器不適于靜態(tài)輸出。
[0003] 相對于傳統(tǒng)的傳感材料，高聚能介電彈性體是一種新型超彈性傳感材料，例如硅 橡膠，將其上下表面涂有柔順電極，即為電容器，當(dāng)涂有電極的高聚能介電彈性體薄膜受到 機(jī)械力的作用產(chǎn)生應(yīng)變時，電容值發(fā)生改變，通過測量電容值可得到相應(yīng)的應(yīng)變值。這種涂 有電極的高聚能介電彈性體材料相當(dāng)于電容傳感器，其優(yōu)點在于價格低廉、制作工藝簡單、 靜動態(tài)均可測量、受溫度影響較小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種高聚能介電 彈性體微力傳感器，該傳感器的彈性元件為等強(qiáng)度懸臂梁，通過測量高聚能介電彈性體電 容值的變化，可知作用于懸臂梁自由端的未知力大??；其優(yōu)點為制作工藝簡單、價格低廉、 精度高、受溫度影響小、可測毫牛級別的力。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種高聚能介電彈性體微力傳感器，包括立方體外殼1，置于立方體外殼1內(nèi)且一 端固定在立方體外殼1內(nèi)壁上的等強(qiáng)度懸臂梁2,所述等強(qiáng)度懸臂梁2作為傳感器的彈性原 件，在等強(qiáng)度懸臂梁2的表面通過丙烯酸鹽彈性體3粘貼有電容傳感片4,在等強(qiáng)度懸臂梁 2的自由端垂直連接有傳遞力的剛性桿件8,所述剛性桿件8的施加力的一端穿出立方體外 殼1 ;所述電容傳感片4為三明治結(jié)構(gòu)，包括高聚能介電彈性體5以及分別涂敷于高聚能介 電彈性體5上表面和下表面的上層柔順電極6和下層柔順電極7。
[0007] 所述等強(qiáng)度懸臂梁2的材料為硅橡膠。
[0008] 所述高聚能介電彈性體5的材料為硅橡膠或丙烯酸鹽彈性體，其厚度盡可能的 薄。
[0009] 所述上層柔順電極6和下層柔順電極7的材料為碳油或氯化鋰凝膠。
[0010] 本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
[0011] 1)本傳感器與電阻應(yīng)變式力的傳感器相比，電容傳感片4的制作工藝簡單。
[0012] 2)傳感器的彈性元件采用等強(qiáng)度懸臂梁2構(gòu)型保證懸臂梁表面各點應(yīng)變相同，進(jìn) 而電容傳感片4均勻變形，使得傳感器具有較好的線性度。
[0013] 3)作為傳感器彈性元件的等強(qiáng)度懸臂梁2和電容傳感片4的傳感性能在零下三十 攝氏度到零上八十?dāng)z氏度內(nèi)受溫度影響很小。
[0014] 4)本傳感器采用丙烯酸鹽彈性體3作為粘結(jié)層，具有較好的粘結(jié)能力，并由于其 柔軟度較好，能夠很好的傳遞等強(qiáng)度懸臂梁2的應(yīng)變到電容傳感片4。
[0015] 5)本傳感器采用的材料為硅橡膠和丙烯酸鹽彈性體價格低廉，均為批量生產(chǎn)的常 見材料，并且與傳統(tǒng)傳感器所用材料相比材料質(zhì)量輕很多。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型高聚能介電彈性體微力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是等強(qiáng)度懸臂梁和電容傳感片的俯視圖。
[0018] 圖3是電容傳感片結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作更詳細(xì)的操作說明。
[0020] 如圖1和圖2所示，本實用新型是一種高聚能介電彈性體微力傳感器，包括立方體 外殼1，置于立方體外殼1內(nèi)且一端固定在立方體外殼1內(nèi)壁上的等強(qiáng)度懸臂梁2,所述等 強(qiáng)度懸臂梁2作為傳感器的彈性原件，在等強(qiáng)度懸臂梁2的表面通過丙烯酸鹽彈性體3粘 貼有電容傳感片4,在等強(qiáng)度懸臂梁2的自由端垂直連接有傳遞力的剛性桿件8,所述剛性 桿件8的施加力的一端穿出立方體外殼1。
[0021] 如圖3所示，所述電容傳感片4為三明治結(jié)構(gòu)，包括高聚能介電彈性體5以及分別 涂敷于高聚能介電彈性體5上表面和下表面的上層柔順電極6和下層柔順電極7。上層柔 順電極6和下層柔順電極7盡可能在高聚能介電彈性體5上分布均勻，高聚能介電彈性體 5盡可能薄。
[0022] 作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述等強(qiáng)度懸臂梁2的材料為硅橡膠。
[0023] 作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述高聚能介電彈性體5的材料為硅橡膠或丙 烯酸鹽彈性體。
[0024] 作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述上層柔順電極6和下層柔順電極7的材料 為碳油或氯化鋰凝膠。
[0025] 如圖1所示，本實用新型的工作原理為：
[0026] 當(dāng)未知的力作用于剛性桿件8,力傳遞到作為彈性元件即等強(qiáng)度懸臂梁2的自由 端，使得電容傳感片4產(chǎn)生應(yīng)變。電容傳感片4是由可變形的高聚能介電彈性體5的上表 面和下表面分別涂有上層柔順電極6和下層柔順電極7構(gòu)成的平板電容器。當(dāng)平板電容器 發(fā)生應(yīng)變時，其電容值發(fā)生改變。電容差值與等強(qiáng)度懸臂梁2自由端的集中力關(guān)系幾乎為 線性。這種線性關(guān)系的表達(dá)式為A C = kXf，其中A C-電容差值，f一等強(qiáng)度懸臂梁2自 由端的集中力，

【權(quán)利要求】
1. 一種高聚能介電彈性體微力傳感器，其特征在于：包括立方體外殼（1)，置于立方體 外殼（1)內(nèi)且一端固定在立方體外殼（1)內(nèi)壁上的等強(qiáng)度懸臂梁（2)，所述等強(qiáng)度懸臂梁 (2)作為傳感器的彈性原件，在等強(qiáng)度懸臂梁（2)的表面通過丙烯酸鹽彈性體（3)粘貼有電 容傳感片（4)，在等強(qiáng)度懸臂梁（2)的自由端垂直連接有傳遞力的剛性桿件（8)，所述剛性 桿件（8)的施加力的一端穿出立方體外殼（1);所述電容傳感片（4)為三明治結(jié)構(gòu)，包括高 聚能介電彈性體（5)以及分別涂敷于高聚能介電彈性體（5)上表面和下表面的上層柔順電 極（6)和下層柔順電極（7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高聚能介電彈性體微力傳感器，其特征在于：所述等強(qiáng) 度懸臂梁（2)的材料為硅橡膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高聚能介電彈性體微力傳感器，其特征在于：所述高聚 能介電彈性體（5)的材料為硅橡膠或丙烯酸鹽彈性體，其厚度盡可能的薄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高聚能介電彈性體微力傳感器，其特征在于：所述上層 柔順電極（6)和下層柔順電極（7)的材料為碳油或氯化鋰凝膠。
【文檔編號】G01L1/16GK204043823SQ201420457459
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】倪娜, 張陵, 王垠, 劉凡 申請人:西安交通大學(xué)