CN112964404A - 一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置 - Google Patents
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Abstract
一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，包括绝缘底环、弹性层与应变层，绝缘底环、弹性层的外部包裹有同一个弹性壳，应变层与弹性层相连接，应变层与弹性层的连接结构为或与弹性层顶面相连接或与弹性层底面相连接或与顶底两面都连接，此外，应变层为应变片或者应变织物，所述应变织物为顶面附着有导电层的现有织物，所述导电层为导电颗粒与胶状体的混合物。本设计不仅形变程度较强，监测效果较好，而且产品一致性较强，监测精确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能织物上的传感设计，属于智能织物领域，尤其涉及一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置。
背景技术
目前，随着智能机械在体育、健康和医疗领域的广泛发展，柔性的可穿戴电子设备也日益受到关注，而作为柔性的可穿戴电子设备里不可少的组成部分，柔性应变压力传感器的需求也日益急迫。
传统的压力传感器，如电位检测传感器、电容性传感器、压电型传感器、压阻型传感器虽然在各个领域都取得了长足的发展，但这些压力传感器的体积都普遍较大，不适合于可穿戴电子设备，柔性应变传感器则完全不同，该种传感器能够嵌入或附着到具有柔软、可拉伸弯曲特性的织物上，应用时，能将织物的应力变形转化为可测量的电阻或电容信号，从而适合于运动监测、医疗信号监测方面。但现有的柔性应变传感器在应用中存在以下缺陷：
外来力作用于传感器中的应力片或应力层时，应力片或应力层的形变程度有限，导致信号较弱，监测效果较差。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的形变程度较弱、监测效果较差的缺陷与问题，提供一种形变程度较强、监测效果较好的一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，包括绝缘底环、弹性层与应变层，所述绝缘底环包括外环部及其中部开设的中空部，外环部的顶部与弹性层的底部相连接，外环部、弹性层的外部包裹有同一个弹性壳，该弹性壳的底部与绝缘底环的底部相平齐；所述应变层与弹性层相连接，其连接结构为以下任意一种：
第一种结构：应变层只有一个，应变层的底部与弹性层的顶部相连接，应变层上与弹性层相交接处之外的部位都包裹在弹性壳内，应变层、弹性层均居于中空部的正上方，且应变层的垂直投影位于中空部内；
第二种结构：应变层只有一个，弹性层中位于中空部正上方的部位的底面与应变层的顶部相连接，应变层的底部向下延伸至中空部内；
第三种结构：应变层有两个，分别是上述第一种与第二种的结构。
所述绝缘底环的制作材料为陶瓷或玻璃。
所述弹性壳的制作材料为硅胶。
所述中空部为圆形、椭圆形或多边形。
所述弹性层为金属片。
所述第一种结构或第三种结构中，所述弹性层包括同心设置的弹性外环与弹性内腔，该弹性内腔中设置有多个并排的弹性金属条，所述弹性外环的底部与外环部的顶部相连接，弹性外环的顶部与绝缘层的底部相连接，绝缘层覆盖在弹性内腔的正上方，绝缘层的顶部与应变层的底部相连接，应变层、弹性金属条、中空部由上至下依次设置。
所述弹性外环包括弹性外金属环与弹性外绝缘环，弹性外金属环、弹性外绝缘环、弹性内腔同心设置，且半径依次缩小。
所述弹性金属条的两端分别与弹性外绝缘环的内环壁相连接，弹性外绝缘环的外环壁与弹性外金属环的内环壁相连接，弹性外金属环、弹性外绝缘环的顶部均与绝缘层的底部相连接。
所述弹性外金属环与弹性外绝缘环的宽度一致，弹性金属条的宽度窄于弹性外绝缘环的宽度。
所述应变层为应变片或者应变织物，所述应变织物为顶面附着有导电层的现有织物，所述导电层为导电颗粒与胶状体的混合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置中，外部呈现为弹性壳封装（弹性壳优选为硅胶），弹性壳内包裹并固定有绝缘底环、弹性层，弹性壳的底部与绝缘底环的底部相平齐，应用时，只需将弹性壳、绝缘底环的底部同时与织物相连接即可，同时，弹性层上设置有应变层，设置方式为顶部设置或底部设置或顶、底部兼有设置，该应变层被外来力下压时，弹性层随之一起向下形变，而中空部提供充足的形变空间，确保应变层能发生明显的形变，产生较强的信号以提高监测效果。因此，本发明的形变程度较强，监测效果较好。
2、本发明一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置中，应变层有三种设置结构，但无论哪一种，应变层、弹性层、中空部都优选为同心设置，该种设计利于应变层的形变，即一旦有外力作用于应变层上，同心设计就能确保应变层具备充足的形变空间，产生足够强的监测信号，此外，该设计能够保证产品的一致性，只需由内至外层层的同心装配，就能制作出高质量的产品，便于提高生产效率。因此，本发明不仅监测效果较好，而且产品一致性较强。
3、本发明一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置中，当采用第一种结构或第三种结构时，可增设以下设计：弹性层包括同心设置的弹性外环与弹性内腔，弹性内腔中设置有多个并排的弹性金属条，弹性外环的底部与外环部的顶部相连接，弹性外环的顶部与绝缘层的底部相连接，绝缘层覆盖在弹性内腔的正上方，绝缘层的顶部与应变层的底部相连接，应变层、弹性金属条、中空部由上至下依次设置，应用中，应变层、弹性金属条相互独立，互不干扰，此时，一旦有外力作用于应变层，则应变层、弹性金属条都会发生形变，应变层、弹性金属条各自会产生一个监测信号，两个信号相互结合，能进一步提高监测的精确度，尤其当弹性内腔、应变层同心时，效果更好。因此，本发明的监测精确度较高。
附图说明
图1是本发明中设置有第一种结构时的结构示意图。
图2是本发明中设置有第二种结构时的结构示意图。
图3是本发明中设置有第三种结构时的结构示意图。
图4是图1的俯视图。
图5是本发明中绝缘层与弹性金属条的俯视图。
图6是图5的侧视图。
图7是本发明中的中空部为矩形时，绝缘层与弹性金属条的俯视图。
图中：智能织物1、绝缘底环2、外环部21、中空部22、弹性层3、弹性外环31、弹性外金属环311、弹性外绝缘环312、弹性内腔32、弹性金属条33、应变层4、弹性壳5、绝缘层6、应变织物7、导电层71。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1—图7，一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，包括绝缘底环2、弹性层3与应变层4，所述绝缘底环2包括外环部21及其中部开设的中空部22，外环部21的顶部与弹性层3的底部相连接，外环部21、弹性层3的外部包裹有同一个弹性壳5，该弹性壳5的底部与绝缘底环2的底部相平齐；所述应变层4与弹性层3相连接，其连接结构为以下任意一种：
第一种结构：应变层4只有一个，应变层4的底部与弹性层3的顶部相连接，应变层4上与弹性层3相交接处之外的部位都包裹在弹性壳5内，应变层4、弹性层3均居于中空部22的正上方，且应变层4的垂直投影位于中空部22内；
第二种结构：应变层4只有一个，弹性层3中位于中空部22正上方的部位的底面与应变层4的顶部相连接，应变层4的底部向下延伸至中空部22内；
第三种结构：应变层4有两个，分别是上述第一种与第二种的结构。
所述绝缘底环2的制作材料为陶瓷或玻璃。
所述弹性壳5的制作材料为硅胶。
所述中空部22为圆形、椭圆形或多边形。
所述弹性层3为金属片。
所述第一种结构或第三种结构中，所述弹性层3包括同心设置的弹性外环31与弹性内腔32，该弹性内腔32中设置有多个并排的弹性金属条33，所述弹性外环31的底部与外环部21的顶部相连接，弹性外环31的顶部与绝缘层6的底部相连接，绝缘层6覆盖在弹性内腔32的正上方，绝缘层6的顶部与应变层4的底部相连接，应变层4、弹性金属条33、中空部22由上至下依次设置。
所述弹性外环31包括弹性外金属环311与弹性外绝缘环312，弹性外金属环311、弹性外绝缘环312、弹性内腔32同心设置，且半径依次缩小。
所述弹性金属条33的两端分别与弹性外绝缘环312的内环壁相连接，弹性外绝缘环312的外环壁与弹性外金属环311的内环壁相连接，弹性外金属环311、弹性外绝缘环312的顶部均与绝缘层6的底部相连接。
所述弹性外金属环311与弹性外绝缘环312的宽度一致，弹性金属条33的宽度窄于弹性外绝缘环312的宽度。
所述应变层4为应变片或者应变织物7，所述应变织物7为顶面附着有导电层71的现有织物，所述导电层71为导电颗粒与胶状体的混合物（附着时，可采用丝网印刷技术）。
本发明的原理说明如下：
本发明在应用时，弹性壳5的底部、绝缘底环2的底部都与同一个织物的顶面相连接，此时，本传感装置就已经装配在智能织物1上，装配之后，中空部22与智能织物1相互接触，中空部22为弹性层3、应变层4提供充足的变形空间，在此基础之上，若中空部22、弹性层3、应变层4同心设计，则能增加一致性，便于提高制作效率。此外，若将应变层4设置在弹性层3的下方，则能通过中空部22对应变层4进行安装定位，如将应变层4恰好嵌在外环部21上，从而进一步提高一致性，便于制作。
本发明中当弹性层3也能监测外部应力时，则需要设置弹性金属条33与绝缘层6，当外部应力作用在本设计上，即弹性壳5上时，除了应变层4会发出应力形变，产生监测信号之外，多根弹性金属条33构成一个新的应力单元（多根弹性金属条33构成金属栅网结构），也会发生应力形变，从而产生一个新的监测信号，此时，两种监测信号相互协作，以提高监测的精确度。
至于弹性层3、应变层4对外传递监测信号的设计，如用导电胶将导电线粘在弹性层3、应变层4上，其中，导电线可为铜线或铜箔，导电胶可为导电银浆或导电碳浆。
实施例1：
参见图1—图7，一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，包括绝缘底环2、弹性层3与应变层4，所述绝缘底环2（优选为陶瓷或玻璃）包括外环部21及其中部开设的中空部22（圆形、椭圆形或多边形都可以），外环部21的顶部与弹性层3的底部相连接，外环部21、弹性层3的外部包裹有同一个弹性壳5（优选为硅胶），该弹性壳5的底部与绝缘底环2的底部相平齐；所述应变层4与弹性层3相连接，其连接结构为以下任意一种：
第一种结构：应变层4只有一个，应变层4的底部与弹性层3的顶部相连接，应变层4上与弹性层3相交接处之外的部位都包裹在弹性壳5内，应变层4、弹性层3均居于中空部22的正上方，且应变层4的垂直投影位于中空部22内；
第二种结构：应变层4只有一个，弹性层3中位于中空部22正上方的部位的底面与应变层4的顶部相连接，应变层4的底部向下延伸至中空部22内；
第三种结构：应变层4有两个，分别是上述第一种与第二种的结构。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述弹性层3为金属片，如钢片。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述第一种结构或第三种结构中，所述弹性层3包括同心设置的弹性外环31与弹性内腔32，该弹性内腔32中设置有多个并排的弹性金属条33，所述弹性外环31的底部与外环部21的顶部相连接，弹性外环31的顶部与绝缘层6的底部相连接，绝缘层6覆盖在弹性内腔32的正上方，绝缘层6的顶部与应变层4的底部相连接，应变层4、弹性金属条33、中空部22由上至下依次设置。
实施例4：
基本内容同实施例3，不同之处在于：
所述弹性外环31包括弹性外金属环311与弹性外绝缘环312，弹性外金属环311、弹性外绝缘环312、弹性内腔32同心设置，且半径依次缩小。所述弹性金属条33的两端分别与弹性外绝缘环312的内环壁相连接，弹性外绝缘环312的外环壁与弹性外金属环311的内环壁相连接，弹性外金属环311、弹性外绝缘环312的顶部均与绝缘层6的底部相连接。
实施例5：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述应变层4为应变片或者应变织物7，所述应变织物7为顶面附着有导电层71的现有织物，所述导电层71为导电颗粒与胶状体的混合物。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (10)
1.一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述压力传感装置包括绝缘底环（2）、弹性层（3）与应变层（4），所述绝缘底环（2）包括外环部（21）及其中部开设的中空部（22），外环部（21）的顶部与弹性层（3）的底部相连接，外环部（21）、弹性层（3）的外部包裹有同一个弹性壳（5），该弹性壳（5）的底部与绝缘底环（2）的底部相平齐；所述应变层（4）与弹性层（3）相连接，其连接结构为以下任意一种：
第一种结构：应变层（4）只有一个，应变层（4）的底部与弹性层（3）的顶部相连接，应变层（4）上与弹性层（3）相交接处之外的部位都包裹在弹性壳（5）内，应变层（4）、弹性层（3）均居于中空部（22）的正上方，且应变层（4）的垂直投影位于中空部（22）内；
第二种结构：应变层（4）只有一个，弹性层（3）中位于中空部（22）正上方的部位的底面与应变层（4）的顶部相连接，应变层（4）的底部向下延伸至中空部（22）内；
第三种结构：应变层（4）有两个，分别是上述第一种与第二种的结构。
2.根据权利要求1所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述绝缘底环（2）的制作材料为陶瓷或玻璃。
3.根据权利要求1或2所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述弹性壳（5）的制作材料为硅胶。
4.根据权利要求1或2所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述中空部（22）为圆形、椭圆形或多边形。
5.根据权利要求1或2所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述弹性层（3）为金属片。
6.根据权利要求1或2所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述第一种结构或第三种结构中，所述弹性层（3）包括同心设置的弹性外环（31）与弹性内腔（32），该弹性内腔（32）中设置有多个并排的弹性金属条（33），所述弹性外环（31）的底部与外环部（21）的顶部相连接，弹性外环（31）的顶部与绝缘层（6）的底部相连接，绝缘层（6）覆盖在弹性内腔（32）的正上方，绝缘层（6）的顶部与应变层（4）的底部相连接，应变层（4）、弹性金属条（33）、中空部（22）由上至下依次设置。
7.根据权利要求6所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述弹性外环（31）包括弹性外金属环（311）与弹性外绝缘环（312），弹性外金属环（311）、弹性外绝缘环（312）、弹性内腔（32）同心设置，且半径依次缩小。
8.根据权利要求7所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述弹性金属条（33）的两端分别与弹性外绝缘环（312）的内环壁相连接，弹性外绝缘环（312）的外环壁与弹性外金属环（311）的内环壁相连接，弹性外金属环（311）、弹性外绝缘环（312）的顶部均与绝缘层（6）的底部相连接。
9.根据权利要求7所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述弹性外金属环（311）与弹性外绝缘环（312）的宽度一致，弹性金属条（33）的宽度窄于弹性外绝缘环（312）的宽度。
10.根据权利要求1或2所述的一种一致性强的用于智能织物的微型压力传感装置，其特征在于：所述应变层（4）为应变片或者应变织物（7），所述应变织物（7）为顶面附着有导电层（71）的现有织物，所述导电层（71）为导电颗粒与胶状体的混合物。
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