[发明专利]一种基于封装材料结构的柔性拉伸应变传感器

说明书

本发明公开了一种基于封装材料结构的柔性拉伸应变传感器。本发明的柔性拉伸应变传感器对称设置，包括应变传感器主体和应变信号读取接口；应变传感器主体的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接；应变传感器主体由应变传感器柔性基底、导电层和主体封装层构成，应变传感器柔性基底表面外附着有导电层，附着有导电层的应变传感器柔性基底嵌装在主体封装层内，两端的应变信号读取接口分别穿过主体封装层的对应端后设置在应变传感器柔性基底的两端。本发明的应变传感器具有拉伸性能好、测量范围大等特点，可根据需求调节传感器结构，调整柔性拉伸应变传感器工作过程中的应力分布，控制传感器力学性能，提高传感器的适应性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域的一种拉伸应变传感器，特别是涉及一种基于封装材料结构的柔性拉伸应变传感器。

背景技术

随着人工智能与机器人技术的高速发展和智能终端的普及，现代科技的发展以及自动化水平的提高，机器人与可穿戴式设备等领域呈现出巨大的市场前景，将对人类社会未来发展产生重大的影响。柔性拉伸应变传感器在机器人与可穿戴式设备等领域具有广泛的应用价值。一般用于穿戴式人机交互接口、可穿戴健康监测设备、软体机器人柔性皮肤等领域。柔性拉伸应变传感器可以通过采集到的电信号数据反应自身的形变量，可以用作穿戴式人机交互接口，如数据手套等，采集用户的人体运动数据并控制机器人或其他的设备的运转；可以用作可穿戴健康监测设备，如安装在膝关节、肘关节处，采集、监测穿戴者身体的关节角数据，估计穿戴者的肢体运动健康状态；可以嵌入的软体机器人本体内或覆盖在机器人本体表面，实时监测软体机器人驱动状态，如反馈正压驱动的爬行软体机器人本体弯曲状态，控制软体机器人爬行。

传统的柔性应变传感器柔性基底材料为表面平整的弹性薄膜，其表面嵌入或覆盖的导电敏感层也为平面结构，在导电敏感层引入裂纹机制，即随着应变传感器的拉伸变形，导电敏感层产生裂纹，使得导电通路数目骤变，可以提升柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但受限于平面结构，柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力有限，采用具有三维骨架结构的柔性多孔基底材料，可以显著提升柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力，强化柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但柔性多孔基底材料本身的物理性质所限制，拉伸形变量由材料性质决定，基于柔性多孔基底材料的柔性拉伸应变传感器普遍存在拉伸力学性能较差的缺点；并且，柔性多孔材料作为基底材料的孔隙分布并不是完全均匀一致的，在拉伸过程中受到应力作用，存在裂纹形成位置难以控制，可重复制造性低，裂纹扩展程度低，难以覆盖较大的拉伸形变检测范围的问题。

发明内容

为了解决现有的柔性应变传感器导电层易脱落，稳定性低，测量范围较小，传感性能不可控，可重复制造性差等问题，本发明提出了一种基于封装材料结构的柔性拉伸应变传感器，可以应用于人机交互接口、可穿戴健康监测设备、软体机器人的柔性电子皮肤，提升了应变传感器的应变范围、性能、灵敏度和稳定性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

柔性拉伸应变传感器对称设置，包括应变传感器主体和应变信号读取接口；

应变传感器主体的两端各设置有应变信号读取接口，应变传感器主体两端的应变信号读取接口分别与应变传感器主体的两端电连接；

所述应变传感器主体由应变传感器柔性基底、导电层和主体封装层构成，应变传感器柔性基底表面外附着有导电层，附着有导电层的应变传感器柔性基底嵌装在主体封装层内，两端的应变信号读取接口分别穿过主体封装层的对应端后设置在应变传感器柔性基底的两端。

所述应变传感器主体的主体封装层的四个侧面中的至少一个侧面上设置有凸起结构，凸起结构由多个沿应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起单元组成，各个凸起单元均设置在当前侧面上。

所述凸起单元的尺寸相同或者不同，相邻凸起单元之间的间距相同或者不同。