[发明专利]一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力分布传感器及其制备方法，尤其是一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，属于压力分布传感器的技术领域。

背景技术

接触应力研究作为工程和力学的热门课题，国内外的学者们对两物体表面的柔性和刚性接触，尤其是在接触面上的每一个细小的接触点和细微的应力效应进行了一些艰苦的探讨，并得到很多理论分析成果，理论分析成果包括专利文献。尽管上述专利等理论分析似乎很有依据，但是定量地应用于实际问题存在着较大的难度。

国外于20 世纪80 年代开始对检测接触点和区域、接触截面形状、压力分布的触觉阵列进行研究，研制出了能检测对象形状、尺寸、有无、位置、作用温度的传感器。90 年代发展到了高密度多阵列，柔性材料也成为了重要的研究方面。近年来已从单纯的传感器设计研制发展成为对涉及触觉传感、控制、信息处理等较复杂的系统及其过程的研究，并在传感器柔性力敏材料、新型制造工艺和多功能传感器的研究等方面取得了较大进展。Dargahi 等利用硅条和PVDF （聚偏氟乙烯）膜构成的夹层构造研制了一种用于腹腔镜外科的微加工压电触觉传感器。Gray 等用表面微机械加工技术研究了具有高分辨率的微触觉传感器阵列。Harris 等对富士测压薄膜（Fuji pressure sensitive film）进行了研究，结果表明：富士测压薄膜具有方便及可接受的精度，成为测量关节表面接触面积及应力普遍使用的工具。但富士测压薄膜的生物力学的测量误差达到10％～15％，并且不能进行数据的实时测量和分析。

美国Tekscan公司研制出一种快速、精确、高效、直观的压力分布测量系统。其独特之处在于其专利技术——柔性薄膜网格传感器。Tekscan生产接触力、压力测量系统，包括数据采集系统、带有数据显示的分析软件、压力或力传感器。测量系统的核心是其取得专利的接触力传感器，它是一种基于矩阵的压力传感器。

国内的一些产品如数字跑鞋、足蹬压力检测分析仪、步伐敏捷度测试仪和数字跑道单元模板；类似这些产品，大都采用柔性硅橡胶、导电橡胶等材料作为传感器阵列的力敏电阻单元，在每平方厘米上阵列的传感器数量有限，测量的精确不高。在工艺上，采用柔性阵列传感器和塑胶材料复合成型的传统制作工艺，主要是将一些材料采用机械搅拌，均匀涂抹，生产工艺比较落后。其中代表能反映压敏感应的如炭黑等材料理论上说具有团聚性，在经过机械搅拌后的复合物在整个接触面上的炭黑分子浓度分布不均，均匀性较差，实际上压力和电阻率关系呈现的弯曲度很大的一条曲线也反映了这种局限的存在。

特别地，如应用到如牙科诊断用的牙齿咬合力检测、应用到与人体皮肤接触的一些医学检验、以及应用到符合人体工程学的一些生物应用领域，这些类型的传感器目前尚在专利和实验范围。如专利申请CN101669018A公开文本中叙述了采用碳纳米管的压力传感器，其结构是在衬垫中嵌入碳纳米管复合物，采用源极、漏极和栅极三个电极来感知受到压力时出现电阻率变化情况，这种结构工艺复杂，实用性较差。

综上所述， 研发一种广泛应用于接触式测量、无损检测、机器人、生物力学等领域的新型传感器，可对任意2个柔性或柔/刚接触面表面作用力的分布进行检测。它不仅具有普通阵列式传感器的优点，还具有良好的柔韧性，可以自由弯曲甚至折叠，能够方便地对复杂表面形状的零件进行检测，是当前压力传感器领域研究的一个方向。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法，其结构紧凑，检测精度高，能适应复杂表面的检测要求，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述点阵型柔性压力分布传感器，包括第一柔性衬底及位于所述第一柔性衬底下方的第二柔性衬底，第一柔性衬底上设置若干均匀分布的行电极，所述行电极上覆盖有电连接的行电极力敏油墨，第一柔性衬底上对应于设置行电极的另一端设有行引出电极，所述行引出电极与行电极相匹配并电连接；

第二柔性衬底上设置若干均匀分布的列电极，所述列电极上覆盖有电连接的列电极力敏油墨，第二柔性衬底对应于设置列电极的另一端设有列引出电极，所述列引出电极与列电极相匹配并电连接；

第一柔性衬底对应设置行引出电极的一端与第二柔性衬底对应设置列引出电极的一端绝缘后粘结固定，且使得行电极与列电极间呈纵横交错分布，行电极通过行电极力敏油墨与列电极的列电极力敏油墨相接触。

所述行电极力敏油墨的材料包括油墨溶剂、油墨粘合剂及导电纳米粒子；列电极力敏油墨与行电极力敏油墨的材料组份设置一致。