[实用新型]一种用于探测微弱应力的传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微弱应力探测技术，在微弱脉搏检测、噪音检测以及流量检测等领域具有良好的应用前景。

背景技术

压力传感器是工业中常用的传感器之一，广泛应用于工业自动控制领域，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、机床等众多行业。

随着柔性电子学及可穿戴设备的发展，应力传感器越来越受到人们的关注。传统的压力传感器可以分为压阻式、电容式、压电式等几大类。

压电式压力传感器是根据压电效应制成的传感器，具有结构简单、重复性好、精度较高、灵敏度好、动态范围宽、机械性能优良等优点，但是存在信号采集电路复杂、成本高等不足。

压阻式压力传感器利用金属或者半导体的电阻随外界压力的变化而变化的原理进行工作。目前应用的压阻式压力传感器主要是硅基压力传感器，具有应用广泛、动态范围宽、利于集成等优点。但是，硅基压力传感器的使用温度一般低于125℃，不能在高温下使用，并且所测量的压力下限一般为1000Pa，不能测量超微压力。

电容式压力传感器利用电容量随压力改变而变化的原理实现外界压力的检测，具有结构简单、功耗低、线性度好、体积小等优点。但是，电容式应力传感器易受到连接导线中的寄生电容影响，因此对测量电路要求较高。

上述应力传感器在工业中均有较为广泛的应用，但是适合测量微弱应力或微弱应变的传感器却不常见，例如用于探测脉搏产生等。

实用新型内容

针对上述技术现状，本实用新型旨在提供一种用于探测微弱应力的传感器。

为了实现上述技术目的，本实用新型在本实用新型中所提供的技术方案是：一种用于探测微弱应力的传感器，包括支撑壳体，以及位于支撑壳体内部的电感线圈；所述的电感线圈包括磁芯与空心线圈，磁芯穿过空心线圈内部；

所述的支撑壳体包括柔性支撑面，柔性支撑面上方连接柔性突起，柔性支撑面下方连接磁场单元，用于为电感线圈提供磁场；

工作状态时，外界微弱应力作用在柔性突起上，柔性突起产生压应力带动柔性支撑面发生形变，引起磁场单元作用于电感线圈中的磁通量变化，线圈阻抗随之改变，线圈两端为阻抗输出端，线圈两端输出该阻抗。

外界微弱应力的来源不限，可以是脉搏的起伏、气流的冲撞、声音音量引起的振动等。

所述的柔性支撑面材料不限，可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶等柔性材料。

所述的柔性突起材料不限，可以是PDMS、橡胶等柔性材料。

当柔性支撑面材料的柔性较大时，有利于柔性支撑面发生较大形变，从而提高应力传感灵敏度。因此，作为优选，所述的柔性支撑面材料的柔性大于柔性突起材料的柔性。

所述的磁场单元用于为电感线圈提供磁场，其材料不限，包括柔性材料与非柔性材料。作为优选，所述的磁场单元为柔性材料。作为一种优选的实现方式，所述的磁场单元由柔性材料PDMS与分布在PDMS中的磁粉组成。所述的磁粉包括但不限于永磁粉，例如铁氧体等。

所述的磁芯为磁性材料，包括但不限于磁性金属、磁性合金、非晶磁性材料等。

非晶磁致伸缩材料是非晶磁性材料中的一种。非晶磁致伸缩材料具有良好的巨磁阻抗以及巨应力阻抗效应，与巨应力阻抗效应相比，巨磁阻抗效应更为明显，即微弱的磁场变化将会导致非晶磁致伸缩材料的阻抗发生变化。因此，本实用新型中，磁芯选用非晶磁致伸缩材料有利于提高应力传感灵敏度。

所述的非晶磁致伸缩材料可以是铁基非晶软磁材料或者钴基非晶软磁材料，包括但不限于FeSiB、FeCuNbSiB、FeNiSiB、FeCoSiB、GdFeCo、CoSiB等。

所述的空心线圈结构不限，可以是漆包线绕行在空心筒外围而形成。

在柔性支撑面中，位于柔性突起正下方的位置的形变最大，因此，作为优选，所述的磁场单元位于柔性突起的正下方，有利于提高传感灵敏度。

所述的支撑壳体的形状不限，可以是中空柱体(或称为鼓形)，其横截面形状不限，包括圆形、矩形、多边形等，也可以是中空锥体，其横截面形状不限，包括圆形、矩形、多边形等。

所述的突起面形状不限，包括球面、椭圆面、圆柱面等。

所述的阻抗输出端与阻抗分析仪相连接，或者阻抗输出端与电阻构成惠斯通电桥结构，并且阻抗输出端为惠斯通电桥的一个桥臂，惠斯通电桥的输出与电压表或电流表或阻抗分析仪相连接。

本实用新型还提供了一种制备上述应力传感器的方法，其中，所述的支撑壳体材料为PDMS、柔性突起材料为PDMS、磁场单元由PDMS与分布在PDMS中的磁粉组成，包括如下步骤：