[发明专利]柔性电感式大应变敏感元件及其制备方法、大应变传感器

说明书

本发明提供了一种柔性电感式大应变敏感元件及其制备方法、大应变传感器，所述柔性电感式大应变敏感元件包括弹性基体和电感线圈，电感线圈以螺旋状固定于弹性基体上；电感线圈的匝线与匝线之间绝缘或相离，且匝线与弹性基体之间绝缘，基于电感线圈的电感值变化获得拉伸应变值。本发明的柔性电感式大应变敏感元件，将导线螺旋缠绕在弹性基体上，弹性基体使得敏感元件具有柔性及大范围应变，可应用于复杂曲面大应变情境下的测量；多次拉伸重复性能良好；通过对线圈缠绕方式、弹性基体磁性的调整，可实现电感值与应变的良好性线关系，提高被测参数的测量精度及灵敏度。

技术领域

本发明属于柔性电子器件及制备领域，特别涉及一种柔性电感式大应变敏感元件及其制备方法、以及柔性电感式大应变传感器。

背景技术

随着柔性电子概念的提出，柔性电子器件的种类层出不穷，也在不同的领域发挥着越来越重要且不可替代的作用，柔性传感器是其中比较活跃的一种器件。传感器按感应原理可以分为压阻式、压电式、电感式等。其中，电感式传感器是利用电感线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。电感线圈的电感值会随线圈长度，线圈匝数、直径，以及线圈中介质的成分、相对位置等因素的改变而发生变化，利用这一原理，电感式传感器将被测非电量如应变、位移、压力、流量、振动等参数转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，从而测得引起线圈电感值变化的外界参数的变化量。

电感式传感器常用于测量机械量。专利号为00106632.3和200410060117.5的中国专利分别提供了一种弹簧敏感元件的转换方法和绕制用于弹簧线圈传感器的螺旋弹簧电感线圈的方法，其中的弹簧线圈传感器即电感式应变传感器，详细记述了弹簧线圈传感器对机械量及其派生物理量的测量原理及过程。弹簧线圈本身的应变范围比较小，柔性较差只能在弹簧整体的弹性形变范围内对外界参数进行测量，从而限制了电感式应变传感器的应用。

另外，传感器中的关键技术是敏感元件。虽然弹簧线圈本身具备一定的柔性，但是也仅限于弹簧弹性形变范围内的柔性，整体结构柔性差，并不能适用于任意曲面的情况。

由于上述两点的限制，现在技术中的电感式传感器，还不能应用于曲面大应变的情境下相应物理量的测量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明实施例的目的在于提供一种柔性电感式大应变敏感元件及其制备方法、以及一种大应变传感器，用于解决现有技术中柔性电感式大应变敏感元件可检测的应变范围较小及在拉伸量较大时回复性不够好、柔性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明实施例提供了一种柔性电感式大应变敏感元件，所述柔性电感式大应变敏感元件包括弹性基体和电感线圈；其中：

所述电感线圈以螺旋状固定于所述弹性基体上；所述电感线圈的匝线与匝线之间绝缘或相离；所述电感线圈的匝线与所述弹性基体之间绝缘。

进一步地，所述电感线圈以螺旋状固定于所述弹性基体上，进一步为，电感线圈的导线以单向螺旋的方式缠绕于所述弹性基体上。

进一步地，所述电感线圈固定于所述弹性基体上的方式包括：通过弹性薄膜的束缚实现电感线圈在弹性基体表面的固着；和/或，通过弹性纤维在所述电感线圈及弹性基体表面编织形成弹性编织层实现电感线圈在弹性基体表面的固着；和/或，采用粘结剂使所述电感线圈与所述弹性基体固定连接。

进一步地，所述电感线圈匝线间无间距紧密缠绕于所述弹性基体上，或所述电感线圈匝线间等间距缠绕于所述弹性基体上。

进一步地，所述弹性基体为绝缘橡胶丝/橡胶丝组；所述电感线圈的导线为金属或有机导电材料。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种柔性电感式大应变敏感元件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤S1，提供一弹性基体；