[发明专利]一种弹性压力传感器矩阵及用于检测组织弹性的探头

说明书

本发明提供一种弹性压力传感器矩阵及用于检测组织弹性的探头，以硅基MEMS弹性压力传感器单元为基本构成单位，通过硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽展裂压力传感器单元上极板，并将压力传感器单元紧密粘接固定于单一轴向硬性定型背衬之上，进而由传感器单元纵横并列连接成为单一轴向弯曲的弹性压力传感器矩阵。纵列、横列压力传感器单元，分别通过经导线、纬导线连接后，以线缆形式导出。柔性膜均匀紧密地覆盖于压力传感器矩阵上面和把手表面，即构成检测组织弹性的探头。

技术领域

本发明涉及一种弹性压力传感器矩阵及用于检测人体组织弹性的探头，属医疗器械技术领域。

背景技术

弹性压力传感器的长期可靠性、温湿度稳定性、重复性、零点漂移等静态特性，传感器厚度及其力敏材料的力学性能，都是影响弹性压力传感器性能的重要因素。要探测弹性压力分布就需要相同的单个压力传感器构成的矩阵来完成，而每个压力传感器的均质性和传感器间距的均一性、矩阵的层合结构预紧等因素都会影响压力传感器矩阵的应用效果。针对待检物的外形和弹性模量的不同，还需要对压力传感器矩阵进行柔性处理，而要实现压力传感器矩阵的柔性化，每个压力传感器的均质性、传感器间距的均一性、矩阵的层合结构预紧等因素在传统柔性压力传感器矩阵上体现的问题很多。

本发明采用微机电工艺(MEMS)制备的曲面弹性压力传感器矩阵和用于检测人体组织弹性的探头，由于单晶硅MEMS传感器的结构稳定性，解决了传统弹性压力传感器受温湿度影响、稳定性不良、重复性较差的问题；另外，通过单面微距切割展裂工艺，在单一轴向曲面硬性定型背衬之上形成的曲面硅基压力传感器矩阵，解决了硅基矩阵的柔性弯曲问题，又可在单一轴向上无限扩大。

发明内容

本发明提供一种弹性压力传感器矩阵及用于检测人体组织弹性的探头，该探头仿生人类通过触觉感知物体性状、外形、大小的过程-手指对待检物体施加一定压力，在手指头的单位面积范围内，因同一待检物的不同部位或相邻物体的弹性模量不同，待检物体产生的反作用力差异，即可通过手指上密集分布的触觉小体和神经反射收集到大脑神经中枢，进而在大脑形成并映射描绘出待检物体的大小、外形、性状等触觉信息。本发明的弹性压力传感器矩阵以类似触觉小体的弹性压力传感器单元为感知单位，利用压电效应将组织弹性压力的差异转变为电信号的不同，然后，将不同的电信号经过数模转换和电子分析，以二维和三维图像表现出组织弹性压力的差异。

本发明提供一种弹性压力传感器矩阵，包括弹性压力传感器单元，所述弹性压力传感器单元紧密固定于单一轴向硬性定型背衬之上，该弹性压力传感器单元以纵列、横列相互连接，纵列的弹性压力传感器单元通过经导线连接，横列的弹性压力传感器单元通过纬导线连接，经导线、纬导线由线缆导出，具体地，经导线、纬导线在末端的经压焊板片、纬压焊板片处分别由经线缆、纬线缆导出。

基于上述方案，所述弹性压力传感器单元以单晶硅为基础材料，传感器单元的厚度为0.2-3mm。具体地，所述弹性压力传感器单元的上极板为硅基材料，厚度为0.05-1mm，弹性压力传感器单元的上极板上面沉积的金属膜片为0.1-1mm的正方形单元，金属膜片厚度为0.0001-0.05mm。金属膜片下面是硅弹性薄膜，厚度为0.01-0.1mm。硅弹性薄膜的正下方为0.15-1mm见方的空腔，高度为0.05-1mm。在硅基上极板背面沉积的金属膜片厚度为0.0001-0.003mm，经过金属的湿法腐蚀，形成硅基上极板背面金属膜片焊接单元-0.02-0.5mm宽，外边长为0.19-2mm的金属方框。

所述弹性压力传感器矩阵的下极板为柔性印刷电路板，柔性印刷电路板厚度为0.05-1mm，下极板上面覆盖的下电极单元为0.19-2mm正方形单元，下电极单元厚度为0.0001-0.05mm。

硅基上极板上面的上电极单元通过相同材料的导线纵向连接，柔性印刷电路板下极板上面的下电极单元也通过相同材料的导线横向链接。上极板背面的金属膜片焊接单元与下极板上面的下电极单元键合焊接后，在硅基材料上极板内形成高度为0.15-1mm的空腔。