[发明专利]应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量大于10％的应变值的应变传感器，以及该应变传感器的制造方法。

背景技术

传统金属线应变计或箔片型应变计在测量大应变值时受到限制，因为它们通常只能测量约百分之几的应变值。例如，铂的应变值为-8％。钨具有约±0.3％的应变范围，而铜镍合金具有高达±5％的应变值范围。

具有导电聚合物镀层的商业织物制作的应变传感器可以检测较大的应变变形，然而，其可重复性和可靠性有限。在频繁使用后，尤其是在循环变形后，该应变传感器的性能将逐渐下降，这是因为聚合物的机械性能变差、发生老化且粘附力下降。

基于盐水的应变传感器可以测量较大应变值，并且不存在老化问题。然而，水分的蒸发以及电极的腐蚀是会遇到的显著问题。

基于水银的应变传感器可以测量较大应变值。然而，使用水银对环境不友好。

因此，需要对上面概述的现有应变计的至少一些相关问题进行改进。

发明内容

在第一优选的方面中，提供了一种应变传感器，用于测量大于10％的应变值，所述传感器包括：

上聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)基板，具有延伸穿过所述上PDMS基板的测量电极；

下PDMS基板，与所述上PDMS基板的下表面结合，且所述下PDMS基板的上表面具有布线图案部分；以及

导电液，容纳在所述布线图案部分内并与所述测量电极相接触。

所述导电液可以为用作压阻式测量材料的室温离子液体，或者为至少包括镓和铟的共晶合金。

所述传感器可以进一步包括由聚合物或弹性体制成的覆层。

所述覆层可以由PDMS制成。

所述测量电极可以为掺杂碳纳米管的PDMS。

所述碳纳米管可以是多壁碳纳米管。

所述测量电极可以为漆包线或碳纤维。

所述PDMS基板可以在经氧等离子体处理后彼此结合在一起。

在第二方面中，提供了一种用于测量大于10％的应变值的应变传感器制造方法，所述方法包括：

将上PDMS基板与下PDMS基板结合起来；

通过上PDMS基板上的孔将导电液注入并使其容纳在下PDMS基板的布线图案部分中；以及

将测量电极装入上PDMS基板的孔里以使其与导电液相接触。

所述导电液可以为室温离子液体。

所述孔可以用掺杂碳纳米管的PDMS进行密封，从而构成测量电极。

可以将漆包线或碳纤维插入孔中，从而构成测量电极。

所述方法可以进一步包括穿透所述上PDMS基板打两个孔的初始步骤。

所述方法可以进一步包括插入两根金属模具从而在上PDMS基板上形成孔的初始步骤，所述导电液可以通过这两个孔注入。

所述方法可以进一步包括使用SU-8槽模在下PDMS基板上制作布线图案，从而形成用于容纳导电液的布线图案部分的初始步骤。

所述方法可以进一步包括在将两块PDMS基板结合起来之前对PDMS基板进行氧等离子体处理的初始步骤。

附图说明

下面将参照附图对本发明的实施例进行描述，附图中：

图1为依照本发明的优选的实施例制备两个用于制造应变传感器的PDMS基板的侧视图；

图2为对图1中制备好的PDMS基板采用氧等离子体处理的侧视图；

图3为向图2中结合好的PDMS基板注入离子液体的侧视图；

图4为采用导电聚合物对图3中的应变传感器进行密封的侧视图；

图5为在图4中的应变传感器的平面内进行拉伸变形的侧视图；

图6为对图4中的应变传感器进行弯曲变形的侧视图；

图7为在不同频率下测得的应变传感器的Z_re和外加应变ε的关系图；

图8为应变传感器的循环测量结果图；

图9为根据本发明的一个实施例的用于刻画容纳应变传感器中导电液的槽道的掩膜图；

图10为具有碳纤维电极的应变传感器的示意图；

图11为对图4的应变传感器的刻画的槽道进行挤压的侧视图；

图12所示为图11中应变传感器的电阻-推力测量图；

图13为根据本发明的实施例通过丝网印刷导电聚合物来作为应变传感器焊盘的侧视图；

图14为通过丝网印刷第一弹性体来作为图13中应变传感器的覆层的侧视图；

图15为通过丝网印刷导电液来作为图13中应变传感器传感材料的侧视图；