一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型適用于傳感器領(lǐng)域，提供了一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器。所述柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部和分別與所述拉伸部兩端相連的一組端部，且所述端部的橫截面積在背離所述拉伸部的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極與所述端部固定連接。
【專利說明】
一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)變型傳感器是一種能將機(jī)械形變信息轉(zhuǎn)換成電阻或電容等電信號(hào)輸出的一種裝置。自1885年英國物理學(xué)家開爾文發(fā)現(xiàn)金屬在承受壓力(拉力或扭力)后產(chǎn)生應(yīng)變電阻效應(yīng)以來，金屬、金屬合金及具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料成為應(yīng)變型傳感器敏感單元的主要敏感材料。隨著科技的快速發(fā)展，生物力學(xué)檢測、康復(fù)醫(yī)療、智能機(jī)器人、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)測量，不但要求傳感器要具備良好的應(yīng)力-電阻特性，而且要有優(yōu)秀的柔韌性能。由于金屬、金屬合金及半導(dǎo)體材料本身彈性模量的限制，金屬式或半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變傳感器存在以下缺點(diǎn):柔性差、力學(xué)量變化幅度較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。所以傳統(tǒng)型的金屬式或半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變傳感器在這些領(lǐng)域的應(yīng)用就受到了限制，不能滿足當(dāng)前科技發(fā)展的要求。因此，急需開發(fā)一種新的柔韌性優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的柔性應(yīng)變型傳感器以滿足當(dāng)前技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展的迫切要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，旨在解決傳統(tǒng)的金屬型、金屬合金型或半導(dǎo)體型應(yīng)變傳感器柔性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
[0004]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部和分別與所述拉伸部兩端相連的一組端部，且所述端部的橫截面積在背離所述拉伸部的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極與所述端部固定連接。
[0005]進(jìn)一步的，所述敏感單元由導(dǎo)電橡膠制成。
[0006]進(jìn)一步的，所述拉伸部為圓柱形、長方體形、棱柱形中的一種，且所述拉伸部的長徑比大于I。
[0007]進(jìn)一步的，所述端部為梯形臺(tái)、棱臺(tái)、圓臺(tái)中的一種。
[0008]進(jìn)一步的，所述金屬電極包括用于與外部拉伸運(yùn)動(dòng)裝置固定安裝、且連接外電路的外接部和用于固定所述敏感單元的夾套部，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述端部周側(cè)。
[0009]優(yōu)選的，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺(tái)，所述金屬電極呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且所述夾套部在所述梯形臺(tái)的一側(cè)面縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。
[0010]優(yōu)選的，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺(tái)，所述夾套部在所述梯形臺(tái)的一棱角處縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。
[0011]優(yōu)選的，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)。
[0012]優(yōu)選的，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)，所述外接部包括分別與所述夾套部兩端相連、且對(duì)稱疊壓的一組空心圓環(huán)。
[0013]優(yōu)選的，所述拉伸部為棱柱形，所述端部為棱臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述棱臺(tái)周側(cè)。
[0014]本實(shí)用新型提供的拉伸應(yīng)變傳感器具有良好的柔性和彈性，能夠產(chǎn)生較高的機(jī)械拉伸形變量，且同時(shí)具有應(yīng)變-電阻效應(yīng)應(yīng)變-和電容效應(yīng)。此外，本實(shí)用新型所述拉伸應(yīng)變傳感器能夠緊貼物體表面設(shè)置，而且結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，容易安裝，方便使用在生物力學(xué)檢測、康復(fù)醫(yī)療、人工智能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0015]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型提供的拉伸應(yīng)變傳感器，啞鈴形狀的敏感單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及梯形臺(tái)、棱臺(tái)或圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的金屬電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得所述金屬電極與所述敏感單元表面之間在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)拉伸情況下均具有良好的接觸、不會(huì)出現(xiàn)拉脫的情況。此外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在保證所述金屬電極和被所述金屬電極包覆的敏感單元的端部有良好的表面接觸的前提下，對(duì)所述敏感單元的端部不會(huì)增加過大的壓力負(fù)擔(dān)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1、2提供的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器的整體結(jié)構(gòu)正面圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1、2提供的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器的整體結(jié)構(gòu)縱切面圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的拆分后的敏感單元的正面結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的拆分后的敏感單元的縱切面結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的拆分后的金屬電極未安裝前的的展開結(jié)構(gòu)圖；[0021 ]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的拆分后的敏感單元的正面結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的拆分后的敏感單元的縱切面結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的拆分后的一端金屬電極的展開結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的拆分后的另一端金屬電極的展開結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的拆分后的敏感單元和金屬電極的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的拆分后的敏感單元結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的拆分后的一端金屬電極的安裝狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的拆分后的金屬電極的展開狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的拆分后的另一端金屬電極的安裝狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器的整體結(jié)構(gòu)正面圖；
[0031 ]圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器的整體結(jié)構(gòu)縱切面圖；
[0032]圖17是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的拆分后的敏感單元結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖18是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的拆分后的金屬電極的展開結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖19是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的拆分后的金屬電極的安裝狀態(tài)正面結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖20是本實(shí)用新型實(shí)施例4提供的拆分后的金屬電極的安裝狀態(tài)側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0037]結(jié)合圖1-20，本實(shí)用新型提供了一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10，包括敏感單元11和金屬電極12，所述敏感單元11具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部111和分別與所述拉伸部111兩端相連的一組端部112，且所述端部112的橫截面積在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極12與所述端部112固定連接。
[0038]具體的，所述敏感單元11由導(dǎo)電橡膠制成，可產(chǎn)生拉伸形變。所述敏感單元11的拉伸部111是敏感單元11的拉力-電阻敏感區(qū)。優(yōu)選的，所述拉伸部111為圓柱形、長方體形、棱柱形中的一種，且所述拉伸部111的長徑比大于I。本實(shí)用新型中，所述長徑比包括圓柱形的長度與截面直徑的比例、長方體形的長度與其截面對(duì)角線的比例、棱柱形的長度與其截面邊長的比例。
[0039]所述敏感單元11的端部112在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，使得所述端部112的尺寸逐漸增加、平滑過渡，實(shí)現(xiàn)所述端部112各橫截面積形狀相似、面積不等的體型結(jié)構(gòu)。具體的，所述端部112優(yōu)選為梯形臺(tái)、棱臺(tái)、圓臺(tái)中的一種。
[0040]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述金屬電極12的材質(zhì)不受限制，包括不銹鋼、鋁、銅、鎳等。優(yōu)選的，所述金屬電極12包括用于與外部拉伸運(yùn)動(dòng)裝置固定安裝、且連接外電路的外接部121和用于固定所述敏感單元11的夾套部122，所述夾套部122夾緊套設(shè)在所述端部112周側(cè)。所述金屬電極12可設(shè)置成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，也可設(shè)置成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
[0041]進(jìn)一步的所述外接部121，除了用于外接電路連接輸出形變導(dǎo)致的電信號(hào)，同時(shí)也用于講傳感器固定在外部拉伸運(yùn)動(dòng)裝置上，對(duì)傳感器敏感單元施加拉伸力致其產(chǎn)生形變。具體的，所述外接部121可設(shè)計(jì)為空心圓環(huán)狀，其空心圓環(huán)便于所述柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10與外部測量或動(dòng)力結(jié)構(gòu)通過螺母安裝連接。且所述金屬電極12可設(shè)計(jì)一個(gè)空心圓環(huán)形成外接部121，如具體實(shí)施例1、2、3的附圖所示，也可設(shè)計(jì)兩個(gè)空心圓環(huán)對(duì)稱疊壓形成外接部121，如具體實(shí)施例4的附圖所示。
[0042]所述夾套部122用于夾緊套設(shè)在所述端部112周側(cè)，因此，其形狀可以根據(jù)所述端部112的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型不作嚴(yán)格限定。
[0043]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的拉伸應(yīng)變傳感器具有良好的柔性和彈性，能夠產(chǎn)生較高的機(jī)械拉伸形變量，且同時(shí)具有應(yīng)變-電阻效應(yīng)應(yīng)變-和電容效應(yīng)。此外，本實(shí)用新型所述拉伸應(yīng)變傳感器能夠緊貼物體表面設(shè)置，而且結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，容易安裝，方便使用在生物力學(xué)檢測、康復(fù)醫(yī)療、人工智能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0044]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的拉伸應(yīng)變傳感器，啞鈴形狀的敏感單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及梯形臺(tái)、棱臺(tái)或圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的金屬電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得所述金屬電極與所述敏感單元表面之間在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)拉伸情況下均具有良好的接觸、不會(huì)出現(xiàn)拉脫的情況。此外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以在保證所述金屬電極和被所述金屬電極包覆的敏感單元的端部有良好的表面接觸的前提下，對(duì)所述敏感單元的端部不會(huì)增加過大的壓力負(fù)擔(dān)。
[0045]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0046]實(shí)施例1
[0047]—種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10，如圖1-5所示，包括敏感單元11和金屬電極12，所述敏感單元11具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部111和分別與所述拉伸部111兩端相連的一組端部112，且所述端部112的橫截面積在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極12與所述端部112固定連接。其中，所述拉伸部111為長方體形，所述端部112為梯形臺(tái)，所述金屬電極12呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且所述夾套部122在所述梯形臺(tái)的一側(cè)面縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。本實(shí)用新型實(shí)施例1中，圖1為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)正面圖，圖2為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)縱切面圖，圖3拆分后的敏感單元11的正面結(jié)構(gòu)圖，圖4為拆分后的敏感單元11的縱切面結(jié)構(gòu)圖，圖5為拆分后的金屬電極12的未安裝前的展開結(jié)構(gòu)圖。
[0048]實(shí)施例2
[0049]—種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10，如圖1、2、6_9所示，包括敏感單元11和金屬電極12,所述敏感單元11具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部111和分別與所述拉伸部111兩端相連的一組端部112，且所述端部112的橫截面積在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極12與所述端部112固定連接。所述拉伸部111為長方體形，所述端部112為梯形臺(tái)，所述夾套部122在所述梯形臺(tái)的一棱角處縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。本實(shí)用新型實(shí)施例2中，圖1為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)正面圖，圖2為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)縱切面圖，圖6為拆分后的敏感單元11的正面結(jié)構(gòu)圖，圖7為拆分后的敏感單元11的縱切面結(jié)構(gòu)圖；圖8為拆分后的一端金屬電極12的的展開結(jié)構(gòu)圖，圖9為拆分后的另一端金屬電極12的展開結(jié)構(gòu)圖。
[0050]實(shí)施例3
[0051]—種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10，如圖10-14所示，包括敏感單元11和金屬電極12，所述敏感單元11具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部111和分別與所述拉伸部111兩端相連的一組端部112，且所述端部112的橫截面積在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極12與所述端部112固定連接。其中，所述拉伸部111為圓柱形，所述端部112為圓臺(tái)，所述夾套部122夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)。本實(shí)用新型實(shí)施例3中，圖10為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)圖，圖11為拆分后的敏感單元11的結(jié)構(gòu)圖，圖12為拆分后的一端金屬電極12的安裝狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖，圖13為拆分后的金屬電極12的展開狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖，圖14為拆分后的另一端金屬電極12的安裝狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。
[0052]實(shí)施例4
[0053]一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10，如圖15-20所示，包括敏感單元11和金屬電極12，所述敏感單元11具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部111和分別與所述拉伸部111兩端相連的一組端部112，且所述端部112的橫截面積在背離所述拉伸部111的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極12與所述端部112固定連接。其中，所述拉伸部111為圓柱形，所述端部112為圓臺(tái)，所述夾套部122夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)，所述外接部121包括分別與所述夾套部122兩端相連、且對(duì)稱疊壓的一組空心圓環(huán)。本實(shí)用新型實(shí)施例4中，圖15為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)正面圖，圖16為柔性拉伸應(yīng)變型傳感器10的整體結(jié)構(gòu)縱切面圖，圖17拆分后的敏感單元11的結(jié)構(gòu)圖，圖18為拆分后的金屬電極12的展開結(jié)構(gòu)圖，圖19為拆分后的金屬電極12的安裝狀態(tài)正面結(jié)構(gòu)圖，圖20為拆分后的金屬電極12的安裝狀態(tài)側(cè)面結(jié)構(gòu)圖。
[0054]實(shí)施例5
[0055]—種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部和分別與所述拉伸部兩端相連的一組端部，且所述端部的橫截面積在背離所述拉伸部的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極與所述端部固定連接。其中，所述拉伸部為棱柱形，所述端部為棱臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述棱臺(tái)周側(cè)。
[0056]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，其特征在于，所述敏感單元具有啞鈴型結(jié)構(gòu)，包括拉伸部和分別與所述拉伸部兩端相連的一組端部，且所述端部的橫截面積在背離所述拉伸部的方向上漸增設(shè)置，所述金屬電極與所述端部固定連接。2.如權(quán)利要求1所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述敏感單元由導(dǎo)電橡膠制成。3.如權(quán)利要求1所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為圓柱形、長方體形、棱柱形中的一種，且所述拉伸部的長徑比大于I。4.如權(quán)利要求1所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述端部為梯形臺(tái)、棱臺(tái)、圓臺(tái)中的一種。5.如權(quán)利要求1-4任一所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述金屬電極包括用于與外部拉伸運(yùn)動(dòng)裝置固定安裝、且連接外電路的外接部和用于固定所述敏感單元的夾套部，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述端部周側(cè)。6.如權(quán)利要求5所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺(tái)，所述金屬電極呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且所述夾套部在所述梯形臺(tái)的一側(cè)面縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。7.如權(quán)利要求5所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺(tái)，所述夾套部在所述梯形臺(tái)的一棱角處縫接、套設(shè)在所述梯形臺(tái)周側(cè)。8.如權(quán)利要求5所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)。9.如權(quán)利要求5所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述圓臺(tái)周側(cè)，所述外接部包括分別與所述夾套部兩端相連、且對(duì)稱疊壓的一組空心圓環(huán)。10.如權(quán)利要求5所述的柔性拉伸應(yīng)變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為棱柱形，所述端部為棱臺(tái)，所述夾套部夾緊套設(shè)在所述棱臺(tái)周側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01B7/16GK205537493SQ201620075680
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日
【發(fā)明人】李大軍, 訾福利, 徐行濤
【申請(qǐng)人】深圳市慧瑞電子材料有限公司