[发明专利]电容式压力传感器及其制备方法、压力检测系统

说明书

本申请提供一种电容式压力传感器及其制备方法、压力检测系统，压力传感器包括第一电极层、第二电极层、第一弹性电介质层，第一弹性电介质层位于第一电极层与第二电极层之间，第一弹性电介质层具有第一拉伸模量；以及抗压延结构，抗压延结构被配置为限制第一弹性电介质层受到压力时在垂直于压力方向的延展形变。本申请通过抗压延结构限制弹性电介质层在XY平面方向的延展形变，以提高弹性电介质层在Z轴方向的弹性压缩极限，实现了提高压力传感器过载压力和提高量程的目的。

技术领域

本申请涉及压力检测技术领域，具体涉及一种电容式压力传感器及其制备方法、压力检测系统。

背景技术

压力传感器主要有两种：其中一种基于压阻或压电效应，通过测量电阻或电压的变化，根据材料的压阻系数或压电系数来换算为压力；另外一种基于电容与电极距离成反比的原理，通过测量形变，根据介质材料的压缩模量换算为压强和压力。

对电容式压力传感器而言，一旦材料形变超过弹性极限发生不可恢复的塑性变形，电容和压力的对应关系就会被改变，使得传感器的输出不再准确。这指出“过载”压力决定了电容式压力传感器的量程，提高量程必须使用弹性极限更大的介质材料。但另一方面，弹性极限高的材料其压缩模量也高，同等压力下形变小，传感器转换率低。如何同时达到较高的转换率和较大的压力量程是本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本申请提供一种电容式压力传感器及其制备方法、压力检测系统，旨在使电容式压力传感器同时达到较高的转换率和较大的压力量程。

材料受到压力时的形变包括两部分：其一是形状变化，具体为在压力方向压缩的同时在压力的法平面方向延展；其二是体积变化，具体为仅压力方向压缩使体积缩小密度增大。绝大多数材料的在自由边界条件下发生形状变化时的弹性极限，远小于刚性边界条件下只发生体积变化的弹性极限。故而只要限制了形状变化，只允许体积变化，就能够提高弹性部件的弹性极限。

由于固体压力的传递要求力传递面平坦，这意味着电容式压力传感器中只能使用与电容电极平行的平面结构。平面结构在抗剪力、扭力方面的能力都非常低，仅能基于高拉伸模量材料来提供较高的抗延展能力。对同为平面结构的弹性电介质层而言，只要限制了压力法平面内的延展变形，就能使压力全部作用于压缩体积提高密度，从而提高了弹性电介质层的弹性极限。

第一方面，本申请提供一种压力传感器，包括：

第一电极层；

第二电极层；

第一弹性电介质层，所述第一弹性电介质层位于所述第一电极层与所述第二电极层之间；以及

抗压延结构，所述抗压延结构被配置为限制所述第一弹性电介质层受到压力时在垂直于压力方向的延展形变。

在一些实施例中，所述抗压延结构包括第一抗压延层，所述第一抗压延层位于所述第一电极层与所述第一弹性电介质层之间，所述第一抗压延层一面与所述第一电极层粘接，另外一面与所述第一弹性电介质层粘接；和/或者

所述抗压延结构包括第二抗压延层，所述第二抗压延层位于所述第二电极层与所述第一弹性电介质层之间，所述第二抗压延层一面与所述第二电极层粘接，另外一面与所述第一弹性电介质层粘接。

在一些实施例中，所述抗压延结构包括第一抗压延层，所述第一抗压延层与所述第一电极层背离所述第一弹性电介质层的一侧粘接；和/或者

所述抗压延结构包括第二抗压延层，所述第二抗压延层与所述第二电极层背离所述第一弹性电介质层的一侧粘接。

在一些实施例中，还包括第三电极层、第二弹性电介质层以及第三抗压延层，所述第二弹性电介质层和所述第三抗压延层设置于所述第二电极层与所述第三电极层之间。

在一些实施例中，所述抗压延结构包括设置于所述第一弹性电介质层内部的抗压延骨架。