[发明专利]柔性应变传感单元、阵列及采样系统

说明书

本发明提供一种柔性应变传感单元、阵列及采样系统，包括从上到下依次设置的柔性上衬底、第一柔性上极板、柔性介质层和柔性下衬底；所述柔性介质层和柔性下衬底之间设置有至少四个柔性下极板，每一个所述柔性下极板与位于该所述柔性下极板上方的所述柔性介质层和所述第一柔性上极板形成一个电容。本发明实现了通过单个柔性应变传感单元即可同时对切向两个方向的切应力、轴向正压力和扭转应力进行检测，从而可以准确的得知检测点的运动趋势，简化了柔性应变传感单元的结构。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性应变传感单元、阵列及采样系统。

背景技术

应变传感器是一类重要的电学传感器件，当其受到外力作用时自身形变会导致电阻或电容发生变化，通过监测这些变化从而实现应变感知功能。近年来由于在可穿戴电子设备，电子皮肤和医疗健康监测系统中巨大的应用潜力，灵活稳定的高性能柔性电容式应变传感器受到广泛关注。柔性电容式应变传感器可以精确地检测微小的机械变化并实时反馈。

但是现有的应变传感器只能对单一方向的应变进行检测，难以实现同时对多个方向应变进行检测。在实际应用于检测某个待检测点的应力变化时，需要同时使用大量的应变传感器分别对不同方向的应变进行检测。

发明内容

本发明提供一种柔性应变传感单元、阵列及采样系统，用以解决现有技术中的应变传感器存在只能对单一方向的应变进行检测等缺陷，实现了通过单个柔性应变传感单元即可同时对切向两个方向的切应力、轴向正压力和扭转应力进行检测，进而可以准确的得知待检测点的运动趋势。

本发明提供一种柔性应变传感单元，包括从上到下依次设置的柔性上衬底、第一柔性上极板、柔性介质层和柔性下衬底；

所述柔性介质层和柔性下衬底之间设置有至少四个柔性下极板，每一个所述柔性下极板与位于该所述柔性下极板上方的所述柔性介质层和所述第一柔性上极板形成一个电容。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性应变传感单元还包括至少一个第二柔性上极板，所述第二柔性上极板位于和所述介质层和所述柔性上衬底之间，所述第二柔性上极板与所述第一柔性上极板之间设置有间距，每一个所述柔性下极板与位于该所述柔性下极板上方的所述柔性介质层和所述第二柔性上极板形成一个电容。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性应变传感单元包括有两个或两个以上的第二柔性上极板，两两所述第二柔性上极板之间设置有间距。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性介质层的厚度、长度和宽度分别为0.5-3mm、2-10mm和2-10mm。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性介质层为碳黑颗粒掺杂的聚合物材料层。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性介质层为多孔聚合物层。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述多孔聚合物层例如由PDMS、ECOFLEX和硅橡胶为原材料经过多孔制备工艺制备而成。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述柔性上衬底和所述柔性下衬底为聚酰亚胺或PET或聚氨酯薄膜或PDMS薄膜或ECOFLEX薄膜。

根据本发明提供的一种柔性应变传感单元，所述第一柔性上极板和所述下极板分别电连接有个电极，所述电极为图形化金属或图形化石墨烯或图形化导电聚合物。

本发明还提供一种柔性应变传感阵列，包括多个呈阵列分布的所述柔性应变传感单元。

本发明还提供一种柔性应变传感阵列，相邻的两个所述柔性应变传感单元共用至少两个所述柔性下极板。

根据本发明提供的一种柔性应变传感阵列，相邻两个所述柔性应变传感单元的所述第一柔性上极板之间的两个所述柔性下极板为相邻两个所述柔性应变传感单元共用。