[实用新型]一种驻极体自驱动微碰撞压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及智能硬件传感技术领域，具体涉及一种驻极体自驱动微碰撞压力传感器。

背景技术

微碰撞压力传感器是一种非常重要的功能部件，是一种通过传感元件感受外部碰撞压力信息，并将其转换为电信号的器件。传统上，根据工作原理的不同，微碰撞压力传感器一般分为压电式、压阻式和电容式三种类型。传统的电容式压力传感器的敏感元件主要为由敏感薄膜与平行电极组成的电容器。当受到外界压力作用时，电容器敏感薄膜会发生变形,从而通过测量其平行电极之间的电容变化来实现压力大小的检测。这种传感器特点是结构简单、耗能低，灵敏度高，稳定等优点。同时为了更快的响应速度和更高的灵敏度，人们通常选择具有极高弹性变形度的绝缘材料，以便在受到较小的压力时，获得较大的变形，从而产生更大的电容变化量，由此提高响应速度和灵敏度。发展一种不需要外部电源就可以工作的瞬态压力传感技术是解决上述问题的关键，摩擦纳米发电机的成功研制使该方法成为可能。但是，由于接触式摩擦纳米发电机的电流输出密度较低，一般需要较大的面积才能实现对监测设备的有效驱动。因此，到目前为止，尚未有自驱动式瞬态压力传感装置被报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的驻极体自驱动微碰撞压力传感器，不需要额外的外接电源，当器件受到微碰撞压力时，可实现运动能到电能的有效转换，从而可以有效探测压力信号；发出的电压及电流相比其它原理高，更便于传感器使用；充分利用器件结构的空腔以及支撑架子的弹性，能够极大提高器件的灵敏性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含下柔性材料基底载体、下金属电极层、下绝缘环形支撑架、驻极体薄膜电极、驻极体薄膜、上绝缘环形支撑架、上金属电极层、上柔性材料基底载体；下金属电极层的下部设有下柔性材料基底载体，下金属电极层的上部设有下绝缘环形支撑架，下绝缘环形支撑架的内部设有下绝缘环形支撑环空腔孔，下绝缘环形支撑架的上部设有驻极体薄膜电极，驻极体薄膜电极的上部设有驻极体薄膜，驻极体薄膜的上部设有上绝缘环形支撑架，上绝缘环形支撑架的内部设有上绝缘环形支撑环空腔孔，上绝缘环形支撑架的上部设有上金属电极层，上金属电极层的上部设有上柔性材料基底载体。

进一步地，所述的驻极体薄膜为单面电极的针尖高压极化式驻极体薄膜。其设计依据驻极体的静电感应，当驻极体薄膜两面的电极空间位置因为外界压力发生变化时，对应的下金属电极层、上金属电极层与驻极体薄膜电极的电极电压及电荷能发生相应变化，其输出的电流及电压可可表征压力的大小，从而实现自驱动微碰撞压力的测量。

进一步地，所述的驻极体薄膜两端的电极空间距离为1μm-100mm。

进一步地，所述的下金属电极层和上金属电极层为输出导线。

进一步地，所述的上金属电极层和驻极体薄膜电极为输出导线。

进一步地，所述的下金属电极层与驻极体薄膜电极为输出导线。

进一步地，所述的下绝缘环形支撑架为韧性及高弹性下绝缘环形支撑架，作为位置距离变化的载体，其材料一般选用橡胶带、硅胶、PDMS等。

进一步地，所述的上绝缘环形支撑架为韧性及高弹性上绝缘环形支撑架，作为位置距离变化的载体，其材料一般选用橡胶带、硅胶、PDMS等。

进一步地，所述的下绝缘环形支撑架和上绝缘环形支撑架的厚度均为

0.2mm-3mm，面积均为0.2cm²-10cm²。

进一步地，所述的下绝缘环形支撑架和上绝缘环形支撑架的平面结构均为三角环形、梯形环形、圆环形、正方环形、长方形环形等。

进一步地，所述的驻极体薄膜采用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙或左旋聚乳酸制成，其厚度为10μm-10mm。

进一步地，所述的驻极体薄膜电极为铝、金、铜或银等，生长电极的方式可采用电子束蒸发或者磁控溅射方式，驻极体薄膜电极的厚度为1nm-2μm。

进一步地，所述的下柔性材料基底载体与上柔性材料基底载体的厚度均为10μm-2mm，其面积分别为下绝缘环形支撑架与上绝缘环形支撑架面积的1.2-2倍，两者均采用硬质Kapton、PET等材料制成，作用是提供手压面。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：

1、不需要额外的外接电源，是一种自驱动式的微碰撞压力传感技术，当器件受到微碰撞压力时，可实现运动能到电能的有效转换，从而可以有效探测压力信号；

2、发出的电压及电流相比其它原理高，更便于传感器使用；