基于梯度磁場的電感式壓力傳感器及其檢測方法、制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器及其檢測方法、制備方法，屬于壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，包括磁膜組、柔性結(jié)構(gòu)體和電感元件，磁膜組包括至少兩個(gè)不同磁化方向的柔性磁膜；柔性磁膜附著于柔性結(jié)構(gòu)體上；電感元件設(shè)置于所述柔性結(jié)構(gòu)體下；在柔性磁膜與電感元件之間存在氣隙。本發(fā)明專利技術(shù)通過設(shè)置既有一定的支撐力又可以被磁膜帶動(dòng)形變的柔性結(jié)構(gòu)體，解決了現(xiàn)有的壓力傳感器通過剛性元件感受壓力，不適用于柔性傳感器應(yīng)用場景的問題；通過設(shè)置多個(gè)磁化方向的多個(gè)柔性磁膜組成磁膜組，提高了磁梯度，以及提高了對壓力的輸出響應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提高壓力傳感器的靈敏度的技術(shù)效果。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及壓力傳感器，具體說，涉及一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器及其檢測方法、制備方法

技術(shù)介紹

1、隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，柔性傳感器作為其中的重要組成部分，得到了廣泛的關(guān)注和研究。相比于傳統(tǒng)的傳感器存在體積大、質(zhì)量重、與不規(guī)則表面共形性差、穿戴不舒適等問題，柔性傳感器具有可以適應(yīng)各種曲面形狀，且輕薄柔軟等特點(diǎn)；因此，在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。譬如，在醫(yī)療領(lǐng)域，可用于監(jiān)測患者的生理參數(shù)，如心率、呼吸和體溫等。

2、壓力傳感器是柔性傳感器的重要組成部分，按照工作原理可分為壓阻式、壓電式、電容式、電感式等。相較于其他幾類的傳感器，電感式壓力傳感器具有響應(yīng)速度快、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究的熱點(diǎn)之一。與電阻式壓力傳感器相比，電感式壓力傳感器線性范圍更寬；與壓電式壓力傳感器相比，電感式壓力傳感器的響應(yīng)速度更快；與電容式壓力傳感器相比，電感式壓力傳感器具有更好的耐久性；但是，由于電感式壓力傳感器的靈敏度相對較低，限制了其應(yīng)用和發(fā)展。

3、現(xiàn)有技術(shù)中通過選擇合適的磁體材料、設(shè)計(jì)合適的磁路形狀以及優(yōu)化磁體尺寸等方式來優(yōu)化電感式傳感器的靈敏度，但是，改進(jìn)后仍然具有的弊端如下：1)上述改進(jìn)多為剛性元件，并不適用于柔性傳感器；2)靈敏度有待提升。

4、因此，亟需一種提升靈敏度的電感式壓力傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利技術(shù)的目的在于，提供一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器及其檢測方法、制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)技術(shù)問題。

<p>2、一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，包括，

3、磁膜組，所述磁膜組包括至少兩個(gè)不同磁化方向的柔性磁膜；

4、柔性結(jié)構(gòu)體，所述柔性磁膜附著于所述柔性結(jié)構(gòu)體上；

5、電感元件，設(shè)置于所述柔性結(jié)構(gòu)體下；

6、其中，在所述柔性磁膜與所述電感元件之間存在氣隙。

7、進(jìn)一步地，所述磁膜組為四個(gè)大小相同的柔性磁膜。

8、進(jìn)一步地，所述柔性結(jié)構(gòu)體為飛碟結(jié)構(gòu)支撐體，所述柔性結(jié)構(gòu)體包括上表面和下表面，所述柔性磁膜設(shè)置于所述上表面上，所述電感元件設(shè)置于所述下表面上。

9、進(jìn)一步地，在下表面上設(shè)置有用于安裝基座的基座安裝孔，所述基座為中空的圓柱體；所述電感元件包括電感線圈以及設(shè)置于所述電感線圈中的磁芯，所述電感線圈容置于基座中。

10、進(jìn)一步地，在所述柔性結(jié)構(gòu)體上設(shè)置有通孔。

11、進(jìn)一步地，在所述柔性結(jié)構(gòu)體的上表面設(shè)置有褶皺，所述褶皺對應(yīng)設(shè)置在所述基座的正上方。

12、進(jìn)一步地，所述柔性結(jié)構(gòu)體的高度為7-10mm。

13、進(jìn)一步地，所述柔性結(jié)構(gòu)體的壁厚為500-750μm。

14、進(jìn)一步地，所述柔性結(jié)構(gòu)體為3d打印的柔性光固化樹脂件。

15、進(jìn)一步地，所述柔性磁膜由柔性材料和磁性顆粒組成，其中，所述磁性顆粒的比例小于50％。

16、進(jìn)一步地，所述柔性材料為聚二甲基硅氧烷或ecoflex。

17、進(jìn)一步地，所述磁性顆粒為釹鐵硼、鐵氧體納米和微米顆粒中的一種或幾種。

18、進(jìn)一步地，所述柔性磁膜的厚度為300-600μm。

19、進(jìn)一步地，所述電感元件包括電感線圈以及設(shè)置于所述電感線圈中的磁芯；所述電感線圈兩端連接有阻抗分析儀。

20、進(jìn)一步地，所述磁芯為鐵基非晶合金、鐵鎳基非晶合金和鈷基非晶合金中的一種。

21、本專利技術(shù)還保護(hù)一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器的檢測方法，應(yīng)用于上述基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，方法包括，

22、當(dāng)壓力作用在磁膜組的柔性磁膜上時(shí)，柔性磁膜形變并帶動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)體發(fā)生形變，導(dǎo)致柔性磁膜和電感元件之間的距離減小；其中，所述柔性磁膜附著于所述柔性結(jié)構(gòu)體上，所述電感元件設(shè)置于所述柔性結(jié)構(gòu)體下；至少兩個(gè)不同磁化方向的柔性磁膜組成磁膜組；

23、柔性磁膜和電感元件之間的距離減小導(dǎo)致電感元件的外部磁場變化，進(jìn)而導(dǎo)致電感元件的阻抗變化；

24、通過阻抗分析儀檢測電感元件的阻抗變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對壓力的探測。

25、本專利技術(shù)還保護(hù)一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器的制備方法，應(yīng)用于上述基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，方法包括，

26、利用3d打印設(shè)備打印柔性結(jié)構(gòu)體以及基座；

27、將電感元件利用柔性光固化樹脂固定于所述基座中；其中，所述電感元件與阻抗分析儀相連接；

28、將設(shè)置有電感元件的基座穿過所述柔性結(jié)構(gòu)體的下表面的基座安裝孔，并利用柔性光固化樹脂將所述基座固定于所述柔性結(jié)構(gòu)體中；

29、在所述柔性結(jié)構(gòu)體的上表面上放置預(yù)設(shè)的由柔性磁膜組成的磁膜組，完成基于梯度磁場的電感式壓力傳感器的制備；

30、其中，所述柔性磁膜的制備方法包括：制備柔性材料膠；按照設(shè)定比例在所述柔性材料膠中摻雜磁性顆粒，進(jìn)行攪拌去泡后，倒入磁膜模具，靜置流延后，65-100℃烘干1.5-2h；獲得膜坯；將所述膜坯按照預(yù)設(shè)的磁化方向依次進(jìn)行磁化處理后，放入磁膜模具并澆筑柔性材料膠，烘干1.5-2h；獲得柔性磁膜。

31、如上所述，本專利技術(shù)提供一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器及其檢測方法、制備方法，當(dāng)壓力作用在磁膜組的柔性磁膜上時(shí)，柔性磁膜形變并帶動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)體發(fā)生形變，導(dǎo)致柔性磁膜和電感元件之間的距離減小；其中，所述柔性磁膜附著于所述柔性結(jié)構(gòu)體上，所述電感元件設(shè)置于所述柔性結(jié)構(gòu)體下；柔性磁膜和電感元件之間的距離減小導(dǎo)致電感元件的外部磁場變化，進(jìn)而導(dǎo)致電感元件的阻抗變化；通過阻抗分析儀檢測電感元件的阻抗變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對壓力的探測。本專利技術(shù)的有益效果如下：

32、1)通過3d打印獲得既有一定的支撐力又可以被磁膜帶動(dòng)形變的柔性結(jié)構(gòu)體，解決了現(xiàn)有的壓力傳感器通過剛性元件感受壓力，不適用于柔性傳感器應(yīng)用場景的問題；2)通過設(shè)置多個(gè)磁化方向的多個(gè)柔性磁膜組成磁膜組，提高了磁梯度，以及提高了對壓力的輸出響應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提高壓力傳感器的靈敏度的技術(shù)效果；3)本專利技術(shù)的柔性傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、成本低等特點(diǎn)，適用場景廣泛的特點(diǎn)。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述磁膜組為四個(gè)大小相同的柔性磁膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體為飛碟結(jié)構(gòu)支撐體，所述柔性結(jié)構(gòu)體包括上表面和下表面，所述柔性磁膜設(shè)置于所述上表面上，所述電感元件設(shè)置于所述下表面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述下表面上設(shè)置有用于安裝基座的基座安裝孔，所述基座為中空的圓柱體；所述電感元件包括電感線圈以及設(shè)置于所述電感線圈中的磁芯，所述電感線圈容置于所述基座中。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述柔性結(jié)構(gòu)體上設(shè)置有通孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述柔性結(jié)構(gòu)體的上表面設(shè)置有褶皺，所述褶皺對應(yīng)設(shè)置在所述基座的正上方。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體的高度為7-10㎜。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體的壁厚為500-750μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體為3D打印的柔性光固化樹脂件。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性磁膜由柔性材料和磁性顆粒組成，其中，所述磁性顆粒的比例小于50％。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性材料為聚二甲基硅氧烷或Ecoflex。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述磁性顆粒為釹鐵硼、鐵氧體納米和微米顆粒中的一種或幾種。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性磁膜的厚度為300-600μm。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述電感元件包括電感線圈以及設(shè)置于所述電感線圈中的磁芯；在所述電感線圈兩端連接有阻抗分析儀。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述磁芯為鐵基非晶合金、鐵鎳基非晶合金和鈷基非晶合金中的一種。

16.一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器的檢測方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，方法包括，

17.一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，方法包括，

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，包括，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述磁膜組為四個(gè)大小相同的柔性磁膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體為飛碟結(jié)構(gòu)支撐體，所述柔性結(jié)構(gòu)體包括上表面和下表面，所述柔性磁膜設(shè)置于所述上表面上，所述電感元件設(shè)置于所述下表面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述下表面上設(shè)置有用于安裝基座的基座安裝孔，所述基座為中空的圓柱體；所述電感元件包括電感線圈以及設(shè)置于所述電感線圈中的磁芯，所述電感線圈容置于所述基座中。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述柔性結(jié)構(gòu)體上設(shè)置有通孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，在所述柔性結(jié)構(gòu)體的上表面設(shè)置有褶皺，所述褶皺對應(yīng)設(shè)置在所述基座的正上方。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體的高度為7-10㎜。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于，所述柔性結(jié)構(gòu)體的壁厚為500-750μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度磁場的電感式壓力傳感器，其特征在于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尚杰，汪玲，馬騰飛，項(xiàng)紫銀，王逸韜，巫遠(yuǎn)招，邊寶茹，劉宜偉，李潤偉，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：