[发明专利]一种柔性可拉伸触觉传感器

说明书

本发明涉及柔性传感器技术领域，公开了一种柔性可拉伸触觉传感器，包括：衬底，所述衬底为柔性高分子薄膜；微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构，所述压力敏感结构为凸起状；拉伸敏感层，固定设置在所述衬底的另一侧，包括至少一个用于感知拉力的拉力敏感结构，所述拉力敏感结构为长条状，在z轴方向，所述拉力敏感结构位于相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，且在z轴方向，所述拉力敏感结构与所述压力敏感结构不相交；导线网络层，设置在所述衬底上，包括与所述压力敏感结构连接的可拉伸的第一导线。本发明可同时检测压应力和拉应力。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，具体涉及一种柔性可拉伸触觉传感器。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，医疗健康用可穿戴设备越来越受到人们的关注。应力或应变传感器在健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域具有广泛应用。近年来，人们开发了多种适合穿戴设备用柔性应力/应变传感器，例如基于生物纤维素的应变传感器、银纳米线传感器、石墨烯柔性传感器等。目前，大部分柔性传感器仅能感知压应力或压应变，不是同时检测拉应力和压应力以及实现复杂应力下的拉应力和压应力解耦；面向未来的智能可穿戴设备，其发展趋势是模拟人的皮肤实现复杂力学信号的检测。因此，发展同时识别压应力和拉应力以及复杂应力下的拉应力和压应力解耦的柔性传感器，在人体健康监测、人机交互方面有重要的应用前景。

发明内容

本发明提供的一种柔性可拉伸触觉传感器，具有可同时识别压应力和拉应力的特点，在生物健康检测、人机交互、电子皮肤等领域有着良好的应用前景。

本发明通过下述技术方案实现：

一种柔性可拉伸触觉传感器，包括：

衬底，所述衬底为柔性高分子薄膜；

微结构信号敏感层，固定设置在所述衬底的其中一侧，包括若干用于感知压力的压力敏感结构，所述压力敏感结构为凸起状，且所述压力敏感结构的模量大于所述衬底的模量，若干所述压力敏感结构以阵列的形式分布在所述衬底上；

拉伸敏感层，固定设置在所述衬底的另一侧，包括至少一个用于感知拉力的拉力敏感结构，所述拉力敏感结构为长条状，在z轴方向，所述拉力敏感结构位于相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，且在z轴方向，所述拉力敏感结构与所述压力敏感结构不相交；

导线网络层，设置在所述衬底上，包括与所述压力敏感结构连接的可拉伸的第一导线，且所述第一导线位于两个所述压力敏感结构的间隙之间。

本技术方案中，对于压力检测，需要响应不同位置的压应力分布情况，将若干压力敏感结构设置成阵列结构可以实现对平面压应力分布情况的测量，同时第一导线分布在压力敏感结构与压力敏感结构之间的空隙中，可以避免压力以及不同位置的相互干扰；压力敏感结构设置为凸起状，可以在衬底处于拉伸情况下检测压力，而不会受到拉伸变形的影响；由于压力在作用的时候，对压力敏感结构及其对应位置的衬底都有影响，因此，在z轴方向，将拉力敏感结构设置在相邻两个所述压力敏感结构的间隙之间，可以避免压力对拉力敏感结构的影响。

作为优化，所述压力敏感结构、拉伸敏感结构、第一导线的材质均为导电复合材质。

作为优化，所述导电复合材质包括石墨烯、碳纳米管以及硅胶的组合。

作为优化，所述压力敏感结构为向靠近所述衬底的方向逐渐增大的凸起状，所述压力敏感结构和衬底之间的模量比例范围为(1,100]。

这样，可以很好地集中局部应力，从而提高传感器灵敏度，将压力敏感结构的模量设置为大于衬底的模量，利用这种设置实现应变隔离，可以进一步降低拉伸变形对压力敏感结构的影响，实现压力和拉力的解耦。

作为优化，所述压力敏感结构远离所述衬底的一侧向所述衬底的方向凹陷设有至少一个凹槽。