[发明专利]一种阵列化电阻应变传感器及具有该传感器的测量补偿系统

说明书

本发明属于应变测量电路领域，并公开了一种具有减敏功能的阵列化电阻应变传感器，包括柔性基底、减敏层、电阻应变传感单元、连接引线和覆盖层，电阻应变传感单元贴附在所述柔性基底的上表面上并通过连接引线连接在一起；减敏层设置在柔性基底的上表面上；所述连接导线设置在所述减敏层上表面上；覆盖层设置在所述柔性基底上遮盖住所有的减敏层、电阻应变传感单元和连接引线。本发明在连接引线与柔性基底之间设置了一层具有减敏功能的材料，能够减小柔性基底层的应变传递到连接引线中，从而使作用在不同电阻应变传感单元间连接线路上的电阻应变非常微小，有效提高应变测量的精度，又能保护连接引线，防止其断裂，影响传感器工作性能。

技术领域

本发明属于应变测量电路领域，更具体地，涉及一种阵列化电阻应变传感器及具有该传感器的测量补偿系统。

背景技术

电阻应变传感器作为一种常用的高精度应力、应变测量元件，通过粘贴在被测物体表面，利用与被测物体一起变形来测量构件的真实应变。

随着电子信息技术和智能化设备的发展，电阻应变式传感器已被广泛的应用在各个领域中，相应的对应变式传感技术也提出了更高的要求，特别是在生物医疗器械，可穿戴电子，飞行器智能蒙皮，结构健康监测等方面，要求应变传感器具有柔软性、可大面积阵列化测量和精度高等性能指标。为了满足上述性能要求，目前已有一些学者做出了相关的工作。如中国科学院深圳先进技术研究院公布了一种电阻应变片式传感器(专利号CN1040880206)，该传感器的应变片由一层具有微米和纳米间隙的导电薄膜构成，应变片附着在柔性基底上，因此，传感器具有良好的弹性，最大测量应变高达200％，而且集成度高，可拓展性好。上海交通大学的庄馥隆制作了一种用于结构健康监测的应变传感器，该传感器在柔性衬底PET上采用层层自组装碳纳米管薄膜和光刻工艺制成，传感器具有很好的敏感性。美国西北大学的Rogers和黄永刚团队设计了一种具有自相似结构的大面积表皮生理电极，用于对人体生理信号的监测，具有较高的灵敏度。斯坦福大学的鲍哲楠团队发明了一种柔性微结构的超灵敏导电薄膜，该导电薄膜对力非常敏感，可制作应变，压力传感器，用于对生理信号获取和结构健康监测。上述学者们通过提高材料性能和优化材料结构在很大程度上提高了应变传感器性能，提高了测量精度，对后续应变式传感器的设计具有很强的借鉴意义。

但对于大面积阵列化电阻应变传感器的设计和测量，目前仍然存在一些问题尚待解决，如如何消除大面积阵列化应变传感网络中测量引线过长带来的电阻误差问题？另外，当大面积阵列化应变式传感单元受拉伸发生应变时，连接的引线也会发生应变，如何降低阵列化应变传感器连接网络间引线应变带来的干扰。针对这些问题，目前已有一些解决办法，如专利CN101109662A中提出了一种三线制热电阻温度测量电路方案，可以消除温度传感器测量时引线电阻的影响，但该方法只适合单个温度传感器的测量，并不适合阵列化电阻应变传感器网络的测量，同时该三线制测量方案并没有消除温度误差影响。专利CN104470212A提出一种电路板阻抗线的补偿方法，通过阻抗补偿的方式可以在一定程度上降低引线电阻的干扰，但阻抗补偿只适用于无输入有输出的情形，在智能蒙皮，结构健康监测等众多领域并不适用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种阵列化电阻应变传感器及具有该传感器的测量补偿系统，既能实现对阵列化应变传感器引线电阻和应变实行补偿，又能在设计上对应变传感单元进行温度补偿，消除温漂影响。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具有减敏功能的阵列化电阻应变传感器，其特征在于，包括柔性基底、减敏层、电阻应变传感单元、连接引线和覆盖层，其中，

所述电阻应变传感单元至少为两个，它们分别贴附在所述柔性基底的上表面上并通过所述连接引线连接在一起；

所述减敏层设置在所述柔性基底的上表面上并且设置在所述电阻应变传感单元旁，以用于吸收电阻应变传感单元产生的应变及隔离柔性基底对连接引线的应变传递，进而保护连接引线；

所述连接导线设置在所述减敏层上表面上；