[发明专利]一种柔性可拉伸应变传感器及其制备方法

说明书

本发明属于应变测量领域，并具体公开了一种柔性可拉伸应变传感器及其制备方法，包括柔性基底、共面波导传输线、第一缝隙阶跃阻抗谐振器和第二缝隙阶跃阻抗谐振器，共面波导传输线、第一缝隙阶跃阻抗谐振器和第二缝隙阶跃阻抗谐振器均设置在柔性基底上；共面波导传输线整体外轮廓与柔性基底相同，其包括信号传输线、第一地线和第二地线，第一缝隙阶跃阻抗谐振器包括第一方块和第二方块，第二缝隙阶跃阻抗谐振器包括第三方块和第四方块，第三方块与第一方块大小相同且对称分布，第四方块与第二方块大小不同。本发明具有灵敏度高、稳定性好、拉伸动态范围大、制备简单、能实时测量且能同步检测两个不同方向上的拉伸应变的优点。

技术领域

本发明属于应变测量领域，更具体地，涉及一种柔性可拉伸应变传感器及其制备方法。

背景技术

可穿戴智能设备的快速发展，对具有高性能的柔性应变传感器的需求越来越巨大。柔性应变测量类传感器以其贴合性好、分辨率高、制造成本低和易于集成等特点，在人体健康监测、人体运动检测、生物医疗、电子皮肤等领域具有广阔的应用前景。

传统的柔性应变传感器主要有电阻效应类、电容效应类和压电效应类等，其传感机理是将机械形变转化为易于输出读取的电信号。然而，在利用电信号感知时，会受到信号回滞、外界电磁干扰、制作难度大等问题，阻碍其测量的准确性和稳定性。而且，基于电阻效应和电容效应的应变传感器严重依赖于晶体管和供电电源等有源模块的可靠性和稳定度，且电源的体积和容量直接影响着应变传感器的可穿戴性和连续监测能力，这极大地限制了这几类应变传感器的实际应用场景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性可拉伸应变传感器及其制备方法，其目的在于，采用柔性基底，其上印制有具有缝隙阶跃阻抗谐振器空槽图案的共面波导传输线，通过测量其频域传输特性响应上的频率移动变化度量拉伸形变大小，该传感器灵敏度高、稳定性好且制备方法简单。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种柔性可拉伸应变传感器，包括柔性基底、共面波导传输线、第一缝隙阶跃阻抗谐振器和第二缝隙阶跃阻抗谐振器，其中：

所述共面波导传输线、第一缝隙阶跃阻抗谐振器和第二缝隙阶跃阻抗谐振器均设置在所述柔性基底上；

所述共面波导传输线整体外轮廓与所述柔性基底相同，其包括信号传输线、第一地线和第二地线，其中，所述信号传输线位于所述柔性基底中部，其两端设置有接头；所述第一地线和第二地线平行且对称设置在所述信号传输线两侧，且所述第一地线、第二地线与所述信号传输线间均设有开槽；

所述第一缝隙阶跃阻抗谐振器包括第一方块和第二方块，所述第一方块为所述第一地线内的凹槽，所述第二方块为所述第一地线上连接所述第一方块和开槽的凹槽；

所述第二缝隙阶跃阻抗谐振器包括第三方块和第四方块，所述第三方块为所述第二地线内的凹槽，其与所述第一方块大小相同，且与所述第一方块相对于所述信号传输线对称；所述第四方块为所述第二地线上连接所述第三方块和开槽的凹槽，其与所述第二方块大小不同。

作为进一步优选的，所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷薄膜。

作为进一步优选的，所述柔性基底厚度为50μm～150μm，进一步优选为80μm～120μm。

作为进一步优选的，所述共面波导传输线厚度为20μm～40μm。

作为进一步优选的，所述信号传输线宽度为1mm～3mm，所述第一地线和第二地线的宽度为5mm～10mm。

按照本发明的另一方面，提出了一种柔性可拉伸应变传感器制备方法，包括如下步骤：

S1将柔性基底固定在硅片上，采用丝网印刷方法在柔性基底上印刷形成共面波导传输线、第一缝隙阶跃阻抗谐振器和第二缝隙阶跃阻抗谐振器；