[发明专利]基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器及传感压力的方法

权利要求书

1.基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：包括介电高弹聚合物薄膜夹层（2），分别粘接在介电高弹聚合物薄膜夹层（2）上下两表面的柔性驻极体正电极（1）和柔性驻极体负电极（3），分别夹于柔性驻极体正电极（1）、负电极（3）与介电高弹聚合物薄膜夹层（2）并由介电高弹聚合物薄膜夹层（2）侧面边缘引出的导电迹线（6），所述导电迹线（6）为检测介电高弹聚合物薄膜两表面电压提供接口，上绝缘支撑环（4）与下绝缘支撑环（5）通过外部卡榫（501）将多层薄膜组成的夹心结构固定在其间。 

2.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述介电高弹聚合物薄膜夹层（2）经等双轴预拉伸后在薄膜两表面均匀敷100-200m的碳脂，柔性驻极体正电极（1）和柔性驻极体负电极（3）分别通过碳脂与介电高弹聚合物薄膜夹层（2）粘接形成多层薄膜夹心结构；上绝缘支撑环（4）与下绝缘支撑环（5）与多层薄膜夹心结构的接触部分通过A-B胶粘接。 

3.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述介电高弹聚合物薄膜夹层(2)采用硅橡胶、聚丙烯酸、聚氨酯或丙烯酸吡咯烷酮乙酯。 

4.根据权利要求3所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述介电高弹聚合物薄膜夹层（2），在压力变化较慢的场合选择聚丙烯酸，在温度较高的场合选择硅橡胶，在压力较大的场合选择丙烯酸吡咯烷酮乙酯，在油性工作场合选择聚氨酯。 

5.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述柔性驻极体正电极（1）和柔性驻极体负电极（3）选用聚四氟乙烯 PTFE或聚丙烯PP,并通过电晕充电法分别冲入等量正电荷和负电荷。 

6.根据权利要求5所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述柔性驻极体正电极（1）和柔性驻极体负电极（3），对于工作温度较高的环境选择聚四氟乙烯PTFE,对于湿度较大的环境选择聚丙烯PP。 

7.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述上绝缘支撑环（4）和下绝缘支撑环（5）的材料采用陶瓷材料或采用金属材料，但需经绝缘处理。 

8.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述导电迹线（6）采用可溅射或蒸镀的金属材料。 

9.根据权利要求8所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，其特征在于：所述导电迹线（6）采用银，迹线宽度5mm，厚度100m。 

10.权利要求1至7任一项所述的基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器传感压力的方法，其特征在于： 

利用驻极体能够长期储存电荷的特性，把柔性驻极体膜作为固定电荷的提供源，静止状态下，柔性驻极体正电极（1）内部储存正电荷Q⁺，而柔性驻极体负电极（3）内部U储存等量负电荷Q^-，从而在介电高弹聚合物薄膜夹层（2）厚度方向产生极化电场； 

介电高弹聚合物薄膜夹层（2）在外部极化电场作用下，内部偶极子从无序状态变为有序状态，电子从一端电极流向另一端,其上下两表面分别带有等量异性电荷Q⁺和Q^-,从而产生电势差U₀=Q/C₀,其中Q=Q⁺=Q^-，C₀为介电高弹聚合物薄膜夹层（2）的等效电容；由于上下表面压力相等，多层薄膜夹心结构未发生变形，介电高弹聚合物薄膜夹层（2）厚度均匀，则ε、R₀及H₀分别为介电高弹聚合物薄膜夹层（2）的介电系数，半径和厚度； 

在外部压力作用下，多层薄膜夹心结构上下表面的压力差P使其发生曲面变形，多层薄膜夹心结构向负压力的一侧鼓起，介电高弹聚合物薄膜夹层（2）的面积增大，厚度减小，而其材料特性保证了介电系数ε不随形状发生改变，此时，对应于该形态介电高弹聚合物薄膜夹层（2）的等效电容变为C₁；而由于驻极体提供的电荷恒定，介电高弹聚合物薄膜夹层（2）表面所带电荷不变，则其电势差变为U₁=Q/C₁；由未变形状态时U₀与C₀的关系，C₁可进一步表示为C₁=C₀U₀/U₁；根据外部压力与多层薄膜夹心结构变形而表现出的等效电容改变之间的关系，便可测得压力差P。