一種柔性拉伸應變型傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型適用于傳感器領域，提供了一種柔性拉伸應變型傳感器。所述柔性拉伸應變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結構，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】
一種柔性拉伸應變型傳感器
技術領域
[0001 ]本實用新型屬于傳感器領域，尤其涉及一種柔性拉伸應變型傳感器。
【背景技術】
[0002]應變型傳感器是一種能將機械形變信息轉換成電阻或電容等電信號輸出的一種裝置。自1885年英國物理學家開爾文發現金屬在承受壓力(拉力或扭力)后產生應變電阻效應以來，金屬、金屬合金及具有壓阻效應的半導體材料成為應變型傳感器敏感單元的主要敏感材料。隨著科技的快速發展，生物力學檢測、康復醫療、智能機器人、可穿戴設備等領域復雜結構的力學測量，不但要求傳感器要具備良好的應力-電阻特性，而且要有優秀的柔韌性能。由于金屬、金屬合金及半導體材料本身彈性模量的限制，金屬式或半導體式電阻應變傳感器存在以下缺點:柔性差、力學量變化幅度較小、結構復雜，制造成本高。所以傳統型的金屬式或半導體式電阻應變傳感器在這些領域的應用就受到了限制，不能滿足當前科技發展的要求。因此，急需開發一種新的柔韌性優良、結構簡單、安裝方便的柔性應變型傳感器以滿足當前技術及應用發展的迫切要求。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種柔性拉伸應變型傳感器，旨在解決傳統的金屬型、金屬合金型或半導體型應變傳感器柔性差、結構復雜等問題。
[0004]本實用新型是這樣實現的，一種柔性拉伸應變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結構，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置，所述金屬電極與所述端部固定連接。
[0005]進一步的，所述敏感單元由導電橡膠制成。
[0006]進一步的，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]進一步的，所述端部為梯形臺、棱臺、圓臺中的一種。
[0008]進一步的，所述金屬電極包括用于與外部拉伸運動裝置固定安裝、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在所述端部周側。
[0009]優選的，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺，所述金屬電極呈對稱結構，且所述夾套部在所述梯形臺的一側面縫接、套設在所述梯形臺周側。
[0010]優選的，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺，所述夾套部在所述梯形臺的一棱角處縫接、套設在所述梯形臺周側。
[0011]優選的，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺，所述夾套部夾緊套設在所述圓臺周側。
[0012]優選的，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺，所述夾套部夾緊套設在所述圓臺周側，所述外接部包括分別與所述夾套部兩端相連、且對稱疊壓的一組空心圓環。
[0013]優選的，所述拉伸部為棱柱形，所述端部為棱臺，所述夾套部夾緊套設在所述棱臺周側。
[0014]本實用新型提供的拉伸應變傳感器具有良好的柔性和彈性，能夠產生較高的機械拉伸形變量，且同時具有應變-電阻效應應變-和電容效應。此外，本實用新型所述拉伸應變傳感器能夠緊貼物體表面設置，而且結構簡單、制造成本低，容易安裝，方便使用在生物力學檢測、康復醫療、人工智能等領域具有廣闊的應用前景。
[0015]進一步的，本實用新型提供的拉伸應變傳感器，啞鈴形狀的敏感單元結構設計以及梯形臺、棱臺或圓臺結構的金屬電極結構設計，使得所述金屬電極與所述敏感單元表面之間在靜態和動態拉伸情況下均具有良好的接觸、不會出現拉脫的情況。此外，這種結構設計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，對所述敏感單元的端部不會增加過大的壓力負擔。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例1、2提供的柔性拉伸應變型傳感器的整體結構正面圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例1、2提供的柔性拉伸應變型傳感器的整體結構縱切面圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例1提供的拆分后的敏感單元的正面結構圖；
[0019]圖4是本實用新型實施例1提供的拆分后的敏感單元的縱切面結構圖；
[0020]圖5是本實用新型實施例1提供的拆分后的金屬電極未安裝前的的展開結構圖；[0021 ]圖6是本實用新型實施例2提供的拆分后的敏感單元的正面結構圖；
[0022]圖7是本實用新型實施例2提供的拆分后的敏感單元的縱切面結構圖；
[0023]圖8是本實用新型實施例2提供的拆分后的一端金屬電極的展開結構圖；
[0024]圖9是本實用新型實施例2提供的拆分后的另一端金屬電極的展開結構圖；
[0025]圖10是本實用新型實施例3提供的拆分后的敏感單元和金屬電極的整體結構圖；
[0026]圖11是本實用新型實施例3提供的拆分后的敏感單元結構圖；
[0027]圖12是本實用新型實施例3提供的拆分后的一端金屬電極的安裝狀態結構圖；
[0028]圖13是本實用新型實施例3提供的拆分后的金屬電極的展開狀態結構圖；
[0029]圖14是本實用新型實施例3提供的拆分后的另一端金屬電極的安裝狀態結構圖；
[0030]圖15是本實用新型實施例4提供的柔性拉伸應變型傳感器的整體結構正面圖；
[0031 ]圖16是本實用新型實施例4提供的柔性拉伸應變型傳感器的整體結構縱切面圖；
[0032]圖17是本實用新型實施例4提供的拆分后的敏感單元結構圖；
[0033]圖18是本實用新型實施例4提供的拆分后的金屬電極的展開結構圖；
[0034]圖19是本實用新型實施例4提供的拆分后的金屬電極的安裝狀態正面結構圖；
[0035]圖20是本實用新型實施例4提供的拆分后的金屬電極的安裝狀態側面結構圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本實用新型要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0037]結合圖1-20，本實用新型提供了一種柔性拉伸應變型傳感器10，包括敏感單元11和金屬電極12，所述敏感單元11具有啞鈴型結構，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由導電橡膠制成，可產生拉伸形變。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。優選的，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的方向上漸增設置，使得所述端部112的尺寸逐漸增加、平滑過渡，實現所述端部112各橫截面積形狀相似、面積不等的體型結構。具體的，所述端部112優選為梯形臺、棱臺、圓臺中的一種。
[0040]進一步的，本實用新型實施例中，所述金屬電極12的材質不受限制，包括不銹鋼、鋁、銅、鎳等。優選的，所述金屬電極12包括用于與外部拉伸運動裝置固定安裝、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夾緊套設在所述端部112周側。所述金屬電極12可設置成對稱結構，也可設置成非對稱結構。
[0041]進一步的所述外接部121，除了用于外接電路連接輸出形變導致的電信號，同時也用于講傳感器固定在外部拉伸運動裝置上，對傳感器敏感單元施加拉伸力致其產生形變。具體的，所述外接部121可設計為空心圓環狀，其空心圓環便于所述柔性拉伸應變型傳感器10與外部測量或動力結構通過螺母安裝連接。且所述金屬電極12可設計一個空心圓環形成外接部121，如具體實施例1、2、3的附圖所示，也可設計兩個空心圓環對稱疊壓形成外接部121，如具體實施例4的附圖所示。
[0042]所述夾套部122用于夾緊套設在所述端部112周側，因此，其形狀可以根據所述端部112的形狀進行設計，本實用新型不作嚴格限定。
[0043]本實用新型實施例提供的拉伸應變傳感器具有良好的柔性和彈性，能夠產生較高的機械拉伸形變量，且同時具有應變-電阻效應應變-和電容效應。此外，本實用新型所述拉伸應變傳感器能夠緊貼物體表面設置，而且結構簡單、制造成本低，容易安裝，方便使用在生物力學檢測、康復醫療、人工智能等領域具有廣闊的應用前景。
[0044]進一步的，本實用新型實施例提供的拉伸應變傳感器，啞鈴形狀的敏感單元結構設計以及梯形臺、棱臺或圓臺結構的金屬電極結構設計，使得所述金屬電極與所述敏感單元表面之間在靜態和動態拉伸情況下均具有良好的接觸、不會出現拉脫的情況。此外，這種結構設計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，對所述敏感單元的端部不會增加過大的壓力負擔。
[0045]下面結合具體實施例進行說明。
[0046]實施例1
[0047]—種柔性拉伸應變型傳感器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具有啞鈴型結構，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，所述金屬電極12呈對稱結構，且所述夾套部122在所述梯形臺的一側面縫接、套設在所述梯形臺周側。本實用新型實施例1中，圖1為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構正面圖，圖2為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構縱切面圖，圖3拆分后的敏感單元11的正面結構圖，圖4為拆分后的敏感單元11的縱切面結構圖，圖5為拆分后的金屬電極12的未安裝前的展開結構圖。
[0048]實施例2
[0049]—種柔性拉伸應變型傳感器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具有啞鈴型結構，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，所述夾套部122在所述梯形臺的一棱角處縫接、套設在所述梯形臺周側。本實用新型實施例2中，圖1為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構正面圖，圖2為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構縱切面圖，圖6為拆分后的敏感單元11的正面結構圖，圖7為拆分后的敏感單元11的縱切面結構圖；圖8為拆分后的一端金屬電極12的的展開結構圖，圖9為拆分后的另一端金屬電極12的展開結構圖。
[0050]實施例3
[0051]—種柔性拉伸應變型傳感器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具有啞鈴型結構，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，所述夾套部122夾緊套設在所述圓臺周側。本實用新型實施例3中，圖10為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構圖，圖11為拆分后的敏感單元11的結構圖，圖12為拆分后的一端金屬電極12的安裝狀態結構圖，圖13為拆分后的金屬電極12的展開狀態結構圖，圖14為拆分后的另一端金屬電極12的安裝狀態結構圖。
[0052]實施例4
[0053]一種柔性拉伸應變型傳感器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具有啞鈴型結構，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，所述夾套部122夾緊套設在所述圓臺周側，所述外接部121包括分別與所述夾套部122兩端相連、且對稱疊壓的一組空心圓環。本實用新型實施例4中，圖15為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構正面圖，圖16為柔性拉伸應變型傳感器10的整體結構縱切面圖，圖17拆分后的敏感單元11的結構圖，圖18為拆分后的金屬電極12的展開結構圖，圖19為拆分后的金屬電極12的安裝狀態正面結構圖，圖20為拆分后的金屬電極12的安裝狀態側面結構圖。
[0054]實施例5
[0055]—種柔性拉伸應變型傳感器，包括敏感單元和金屬電極，所述敏感單元具有啞鈴型結構，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，所述夾套部夾緊套設在所述棱臺周側。
[0056]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種柔性拉伸應變型傳感器，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構，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置，所述金屬電極與所述端部固定連接。2.如權利要求1所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述敏感單元由導電橡膠制成。3.如權利要求1所述的柔性拉伸應變型傳感器，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.如權利要求1所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述端部為梯形臺、棱臺、圓臺中的一種。5.如權利要求1-4任一所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述金屬電極包括用于與外部拉伸運動裝置固定安裝、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在所述端部周側。6.如權利要求5所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺，所述金屬電極呈對稱結構，且所述夾套部在所述梯形臺的一側面縫接、套設在所述梯形臺周側。7.如權利要求5所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為長方體形，所述端部為梯形臺，所述夾套部在所述梯形臺的一棱角處縫接、套設在所述梯形臺周側。8.如權利要求5所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺，所述夾套部夾緊套設在所述圓臺周側。9.如權利要求5所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為圓柱形，所述端部為圓臺，所述夾套部夾緊套設在所述圓臺周側，所述外接部包括分別與所述夾套部兩端相連、且對稱疊壓的一組空心圓環。10.如權利要求5所述的柔性拉伸應變型傳感器，其特征在于，所述拉伸部為棱柱形，所述端部為棱臺，所述夾套部夾緊套設在所述棱臺周側。
【文檔編號】G01B7/16GK205537493SQ201620075680
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月26日
【發明人】李大軍, 訾福利, 徐行濤
【申請人】深圳市慧瑞電子材料有限公司