一种应力传感器、制备方法及电子皮肤技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，公开了一种应力传感器、制备方法及电子皮肤，所述应力传感器包括：介电层(1)，用于在外力作用下发生弹性形变；至少一个第一电极单元(2)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的上表面；以及至少一个第二电极单元(3)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的下表面；所述第一电极单元(2)与第二电极单元(3)相对交叉，形成电容器阵列；在外力作用下，对应的相对交叉处的垂直距离改变，使得对应电容器上的电容量变化。本发明专利技术应力传感器可准确检测电容量的变化量，检测精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器
，具体地，涉及一种应力传感器、制备方法及电子皮肤。
技术介绍
目前，应力传感器主要是通过改变接触面积以检测外力，由于影响接触面积的因素很多，导致检测精度不高，而且无法实现施力点位置等信息的测量。此外，应力传感器主要是由具有超轻薄、可拉伸、电阻率小等优良特性的石墨烯、碳纳米管等特殊材料制成，但是这些尖端材料的合成加大了传感器的制作难度，成品率低，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应力传感器，可准确检测电容量的变化量。为了实现上述目的，本专利技术提供一种应力传感器，所述应力传感器包括：介电层，用于在外力作用下发生弹性形变；至少一个第一电极单元，具有可拉伸性，设置于所述介电层的上表面；以及至少一个第二电极单元，具有可拉伸性，设置于所述介电层的下表面；所述第一电极单元与第二电极单元相对交叉，形成电容器阵列；在外力作用下，对应的相对交叉处的垂直距离改变，使得对应电容器上的电容量变化。优选地，所述第一电极单元包括弯曲的第一导线，且所述第一导线上设有第一导电结点；所述第二电极单元包括弯曲的第二导线，且所述第二导线上设有第二导电结点；所述第一导电结点与第二导电结点分别为对应电容器的上极板或下极板。优选地，所述第一导线和/或第二导线的宽度为0.03-1.0mm；所述第一导电结点和/或第二导电结点的尺寸大小为1.6-5mm；所述第一导电单元中任意相邻的两个第一导电结点的中心间的距离为2.5-8.5mm；和/或所述第二导电单元中任意相邻的两个第二导电结点的中心间的距离为2.5-8.5mm。优选地，所述第一电极单元与所述第二电极单元相对垂直交叉。优选地，所述第一电极单元和/或第二电极单元的厚度为100-500nm。优选地，所述第一电极单元和/或第二电极单元由银溅射形成。优选地，所述介电层为一层薄膜，且所述介电层的厚度为0.2-5mm；所述薄膜由柔软且能够被拉伸的绝缘材料制成。优选地，所述介电层为硅橡胶层。优选地，所述应力传感器还包括：第一支撑单元，为对应所述第一电极单元的图形化结构层，且设置于所述第一电极单元的上表面；以及第二支撑单元，为对应所述第二电极单元的图形化结构层，且设置于所述第二电极单元的下表面。优选地，所述第一支撑单元和/或第二支撑单元为一层薄膜，且所述第一支撑单元和/或第二支撑单元的厚度为10-100μm；该薄膜由柔软的绝缘材料制成。优选地，所述第一支撑单元和/或第二支撑单元为聚对苯二甲酸二乙酯膜、聚酰亚胺膜或环氧树脂膜。优选地，所述应力传感器还包括：第一基底层，设置于所述第一支撑单元的上表面；和/或第二基底层，设置于所述第二支撑单元的下表面。优选地，所述第一基底层和/或第二基底层为一层薄膜，所述薄膜由柔软且能够被拉伸的材料制成。优选地，所述第一基底层和/或第二基底层为聚二甲基硅氧烷膜。优选地，所述应力传感器还用于根据所述对应电容器上的电容量变化确
定外力的相关信息。优选地，所述外力的相关信息包括外力的大小和/或施力点的位置。本专利技术应力传感器通过设置第一电极单元和第二电极单元形成电容器阵列，可在施加外力时，通过对应的相对交叉处的垂直距离改变，可及时准确的检测出对应电容器上的电容量的变化量，检测精确度高。本专利技术的另一目的是提供一种应力传感器的制备方法，可简化制作工艺，操作方便。为了实现上述目的，本专利技术提供一种应力传感器的制备方法，所述制备方法包括：分别提供至少一个第一电极单元和至少一个第二电极单元；以及在所述第一电极单元和第二电极单元之间涂覆一层薄膜，形成介电层，使所述第一电极单元设置于所述介电层的上表面，所述第二电极单元设置于所述介电层的下表面，且所述第二电极单元与所述第一电极单元相对交叉。优选地，所述制备方法还包括：通过激光切割或光刻及反应离子刻蚀的方法加工第一支撑单元和/或第二支撑单元成对应所述第一电极单元或第二电极单元的图形化结构层，使所述第一支撑单元对应设置于第一电极单元的上表面，所述第二支撑单元对应设置于第二电极单元的下表面。优选地，所述第一电极单元和/或第二电极单元分别通过磁控溅射的方法在对应的第一支撑单元或第二支撑单元上溅射形成。优选地，所述制备方法还包括：在所述第一支撑单元的上表面涂覆一层薄膜，形成第一基底层；和/或在所述第二支撑单元的下表面涂覆一层薄膜，形成第二基底层。本专利技术应力传感器的制备方法可通过在第一电极单元和第二电极单元之间涂覆薄膜形成电容器阵列，可用于检测微小应力，制备工艺简单，操作方便；所制得的应力传感器结构简单，检测精度高。本专利技术的又一目的是提供一种电子皮肤，可准确检测电容量的变化量。为了实现上述目的，本专利技术提供一种电子皮肤，设置有所述的应力传感器。所述电子皮肤与上述应力传感器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术应力传感器的结构示意图；图2是第一电极单元的一结构实施例；图3是第二电极单元的一结构实施例；图4是第一电极单元和第二电极单元的组合实施例；图5是第一电极单元或第二电极单元的又一结构实施例；图6是第一电极单元或第二电极单元的第三结构实施例；图7是第一导线或第二导线的图形实施例；图8是第一导线或第二导线的又一图形实施例；图9是在重复放置和收起一片叶子的测试图；图10是连续滴加三滴水滴的测试图；图11是本专利技术应力传感器检测精度图；图12是对图4所示的组合结构施加外力的一实施例；图13是对图4所示的组合结构施加外力的又一实施例；图14是对本专利技术应力传感器中一个电容器持续施加外力的测试图。附图标记说明1 介电层 2 第一电极单元21 第一导线 22 第一导电结点3 第二电极单元 31 第二导线32 第二导电结点 4 第一支撑单元5 第二支撑单元 6 第一基底层7 第二基底层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术应力传感器包括介电层1，用于在外力作用下发生弹性形变；至少一个第一电极单元2，具有可拉伸性，设置于所述介电层1的上表面；以及至少一个第二电极单元2，具有可拉伸性，设置于所述介电层1的下表面；所述第一电极单元2与第二电极单元3相对交叉，形成电容器阵列；在外力作用下，对应的相对交叉处的垂直距离改变，使得对应电容器上的电容量变化。本专利技术应力传感器通过设置第一电极单元和第二电极单元形成电容器阵列，可在施加外力时，通过对应的相对交叉处的垂直距离改变，可及时准确的检测出对应电容器上的电容量的变化量，检测精确度高。此外，本专利技术应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力传感器，其特征在于，所述应力传感器包括：介电层(1)，用于在外力作用下发生弹性形变；至少一个第一电极单元(2)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的上表面；以及至少一个第二电极单元(3)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的下表面；所述第一电极单元(2)与第二电极单元(3)相对交叉，形成电容器阵列；在外力作用下，对应的相对交叉处的垂直距离改变，使得对应电容器上的电容量变化。

【技术特征摘要】
1.一种应力传感器，其特征在于，所述应力传感器包括：介电层(1)，用于在外力作用下发生弹性形变；至少一个第一电极单元(2)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的上表面；以及至少一个第二电极单元(3)，具有可拉伸性，设置于所述介电层(1)的下表面；所述第一电极单元(2)与第二电极单元(3)相对交叉，形成电容器阵列；在外力作用下，对应的相对交叉处的垂直距离改变，使得对应电容器上的电容量变化。2.根据权利要求1所述的应力传感器，其特征在于，所述第一电极单元(2)包括弯曲的第一导线(21)，且所述第一导线(21)上设有第一导电结点(22)；所述第二电极单元(3)包括弯曲的第二导线(31)，且所述第二导线(31)上设有第二导电结点(32)；所述第一导电结点(22)与第二导电结点(32)分别为对应电容器的上极板或下极板。3.根据权利要求2所述的应力传感器，其特征在于，所述第一导线(21)和/或第二导线(31)的宽度为0.03-1.0mm；所述第一导电结点(22)和/或第二导电结点(32)的尺寸大小为1.6-5mm；所述第一导电单元(2)中任意相邻的两个第一导电结点(22)的中心间的距离为2.5-8.5mm；和/或所述第二导电单元(3)中任意相邻的两个第二导电结点(32)的中心间的距离为2.5-8.5mm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的应力传感器，其特征在于，所述第一电极单元(2)与所述第二电极单元(3)相对垂直交叉。5.根据权利要求1-4中任一项所述的应力传感器，其特征在于，所述第一电极单元(2)和/或第二电极单元(3)的厚度为100-500nm。6.根据权利要求1-5中任一项所述的应力传感器，其特征在于，所述第一电极单元(2)和/或第二电极单元(3)由银溅射形成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的应力传感器，其特征在于，所述介电层(1)为一层薄膜，且所述介电层(1)的厚度为0.2-5mm；所述薄膜由柔软且能够被拉伸的绝缘材料制成。8.根据权利要求7所述的应力传感器，其特征在于，所述介电层(1)为硅橡胶层。9.根据权利要求1-8中任一项所述的应力传感器，其特征在于，所述应力传感器还包括：第一支撑单元(4)，为对应所述第一电极单元(2)的图形化结构层，且设置于所述第一电极单元(2)的上表面；以及第二支撑单元(5)，为对应所述第二电极单元(3)的图形化结构层，且设置于所述第二电极单元(3)的下表面。10.根据权利要求9所述的应力传感器，其特征在于，所述第一支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘曹峰，赵晓丽，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11