[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

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种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。 

背景技术

传感器技术作为获取信息的主要途径与手段，广泛应用于、国民经济和国防建设的诸多领域。压力传感器作为一种通过薄膜接收外部气体的压力并将其转换为电信号的原件，在许多工程领域的瞬变压力测量中具有重要作用，如用于内燃机气缸内的实时压力场、驻退机液体压力、气液式复进机气液压力、抽气装置压力测试等。根据工作原理不同，压力传感器可分为压电式、压阻式和电容式三种。目前，利用硅体加工制备的压阻式压力传感器具有频率响应高、精度高、灵敏度高等优点，但受温度影响较大、工艺复杂。以PVDF压电薄膜为敏感材料制成的压电式压力传感器具有易加工、工作频带宽、灵敏度高等优点，但PVDF材料随温度升高会发生退极化。传统电容式压力传感器利用敏感薄膜与平行电极组成平板电容，通过测量随内外压差引起的变形而改变的电容来计算外界压力大小，具有输入能量小、灵敏度高、电学参量相对变化大、稳定性好等优点，在一些恶劣工作环境领域具有很大的应用潜力，然而平板电容这一结构形式限制了其应用范围。 

介电高弹聚合物(DE)作为一种电场型电活性聚合物(EAP),在外界电刺激下可以改变形状或体积,产生很大的电致应变(最大可达380%),而当外界电刺激撤销后,又能恢复到原始形状或体积，具有机电转换效率高、弹性能密度大、响 应速度快、质量轻、价格低等优点，广泛应用于各种驱动器和能量收集装置。此外，由于介电高弹聚合物环境适应性强、易于成形和不易疲劳损坏，是一种可用于传感器设计的理想敏感材料。 

发明内容

针对现有压力传感器的不足，本发明的目的在于提供一种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。本发明采用柔性电极层同弹性聚合物薄膜介电层复合的一体化夹心结构，摆脱了传统电容式传感器空气介电层带来的厚度方向尺寸限制，可以通过调节驻极体电极和介电弹性聚合物薄膜的材料组合以适用于不同工作条件，具备高温、高湿恶劣环境下工作的能力，具有能量损耗小、高度集成化、制备成本低的特点。 

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是： 

基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器，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，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之间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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

所述导电迹线6采用可溅射或蒸镀的金属材料。 

所述导电迹线6采用银，迹线宽度5mm，厚度100m。