[发明专利]一种同层式的多级阵列压力传感器

说明书

本发明公开了一种同层式的多级阵列压力传感器。包含三个压力传感单元：柔性基底上表面设有三个沿圆周方向均匀分布的阶梯型传感凸起结构，阶梯型传感凸起结构的顶面和台阶面分别设有柔性基底第一、第二电极；隔空层中设有三个通孔，三个阶梯型传感凸起结构分别嵌装于三个通孔中；受力层下表面设有三个沿圆周方向均匀分布的圆柱盲孔，圆柱盲孔的孔底面设有受力层第一电极，圆柱盲孔的孔周围的受力层下表面设有受力层第二电极。本发明能够在一个传感单元的垂直方向上检测多个压力阈值，提高了检测效率，降低了制造成本和难度，增强了其实用性。

技术领域

本发明涉及了一种传感装置，特别是涉及了一种同层式的多级阵列压力传感器。

背景技术

随着柔性电子、智能纳米材料和微纳制造等领域的不断进步，具有轻薄便携、可弯折拉伸、电学性能优异和集成度高等特点的柔性压力传感器在软体机器人、医疗器械、可穿戴设备等领域展现出了很大的应用前景，是最受关注的传感器技术之一。

目前，国内外关于柔性压力传感器已经做了许多的研究，绝大多数的柔性压力传感器应用于检测连续力范围，而且如何实现该柔性触觉传感器的高灵敏度、低迟滞性、溶液环境下的鲁棒性、高装载可靠性、高机械疲劳强度和高的空间分辨率仍然是一大挑战；相反的，少有出现离散型的柔性压力传感装置，其检测原理是通过传感器内部电极的导通情况来检测压力阈值，适用于不需要测量连续测量范围下的应用场合。这种测量有限压力点的传感器，功能简单，设计制造简单，数据分析容易，可通过材料和具体结构的不同，定制化所需检测的压力值，不需要模拟-数字转换器，可简化其相应的信号处理模块，从而加快读取和处理速度，应用前景很大。

发明内容

为了简化传感器的结构设计和制造难度，增强传感器对关键压力信息的获取，提高传感信号的检测、传输和处理效率。本发明提出一种同层式的多级阵列压力传感器，实现在一个压力传感单元的垂直方向上，检测多个压力阈值点。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明包含主要由柔性基底、隔空层和受力层依次从下到上紧密层叠构成的压力传感单元；柔性基底上表面设有三个沿圆周方向间隔均匀分布的阶梯型传感凸起结构，阶梯型传感凸起结构为顶部小端、底部大端的结构，阶梯型传感凸起结构的顶面和台阶面分别设有柔性基底第一电极和柔性基底第二电极；隔空层中设有分别与三个阶梯型传感凸起结构位置对应的三个通孔，三个阶梯型传感凸起结构分别嵌装于三个通孔中；受力层下表面设有分别与三个阶梯型传感凸起结构位置对应的三个圆柱盲孔，圆柱盲孔的孔底面设有受力层第一电极，圆柱盲孔的孔周围的受力层下表面设有受力层第二电极。

所述的柔性基底的阶梯型传感凸起结构、隔空层的通孔和受力层的圆柱盲孔均位于同一轴线上。

所述的隔空层的通孔直径大于等于柔性基底的阶梯型传感凸起结构的底部大端直径，受力层的圆柱盲孔的直径介于柔性基底的阶梯型传感凸起结构的底部大端直径和顶部小端直径之间。

所述的阶梯型传感凸起结构的底部大端的高度小于隔空层的厚度，且阶梯型传感凸起结构的总高度小于隔空层的厚度和受力层圆柱盲孔的孔深度之和。

当受力层的上表面受到均布力作用时，受力层第一电极和柔性基底第一电极先接触获得第一压力阈值，受力层第二电极和柔性基底第二电极后接触获得第二压力阈值，从而实现多级压力检测。

本发明通过在柔性基底和在受力层上均布置阶梯电极结构，并利用阶梯电极结构的高度差实现了在同一个传感单元中多个压力阈值的检测，在小尺寸传感单元中大大提高了检测效率。

三个所述的柔性基底第一电极和柔性基底第二电极分别通过柔性基底上的柔性基底第一电极导线和柔性基底第二电极导线串联后引出至外部，柔性基底第一电极导线和柔性基底第二电极导线接通输入恒定电平信号。