CN115112276A - 一种压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种压力传感器，压力传感器的按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层和下导电层，在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层将与基底结构的下导电层接触，并且随着上导电层和下导电层的接触面积变化输出相应的电阻信号，由于上导电层和下导电层的接触面具有均匀规则的纹理，压力传感器所受压力变化导致的接触面积变化更具有一致性，接触面积变化又直接影响输出的电阻大小，从而使得提高了压力传感器输出电阻的一致性，压力传感器具有更好的稳定性和重复性。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种压力传感器。
背景技术
现有的压力薄膜传感器其构成为将薄膜层和基底层通过隔离件隔离并隔着空气层层叠，薄膜层上配置上部电极，基底层上配置下部电极，在两者间配置油墨涂层。
按压薄膜受外力作用产生形变，附着在薄膜表面的油墨涂层接触到基底油墨涂层，此时电路导通，通过上下油墨涂层接触面积变化输出对应的电阻信号。但是由于油墨涂层表面是凹凸不平的不规则纹理，不同传感器间差异性较大，从而影响了薄膜压力传感器稳定性、重复性、以及不同传感器输出电阻的一致性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种压力传感器，用以解决由于油墨涂层表面是凹凸不平的不规则纹理，不同传感器间差异性较大，从而影响了薄膜压力传感器稳定性、重复性、以及不同传感器输出电阻的一致性的问题。
本申请实施例提供的一种压力传感器，包括：基底结构、按压结构以及支撑结构；
支撑结构设置于基底结构上，并且，支撑结构位于基底结构边缘；
按压结构位于支撑结构上方，支撑结构用于支撑按压结构不与基底结构接触；
按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层和下导电层；
在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层将与基底结构的下导电层接触；
其中，上导电层的下表面和/或下导电层的上表面上具有均匀规则的纹理。
上述技术方案中，按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层和下导电层，在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层将与基底结构的下导电层接触，并且随着上导电层和下导电层的接触面积变化输出相应的电阻信号，由于上导电层和下导电层的接触面具有均匀规则的纹理，压力传感器所受压力变化导致的接触面积变化更具有一致性，接触面积变化又直接影响输出的电阻大小，从而使得提高了压力传感器输出电阻的一致性，压力传感器具有更好的稳定性和重复性。
在一些可选的实施方式中，其中，均匀规则的纹理包括由激光镭射机在上导电层的下表面和/或下导电层的上表面镭射出的多个平行均匀分布的第一纹路。
上述技术方案中，通过利用激光镭射机在油墨涂层表面镭射出均匀规则的表面纹理，从而使压力传感器油墨涂层表面保持规则一致，从而保证同型号的不同压力传感器间的输出阻值的一致性。同时利用镭射工艺在油墨涂层表面形成的高低错落的表面纹理也可改善在不同压力条件下接触面积的变化情况，也就是在不同压力条件下接触面积的变化更加明显，从而提升压力传感器的压力-电阻的变化率，改善了压力传感器的性能。
在一些可选的实施方式中，其中，第一纹路的纹路宽度w的取值范围为0.01mm≤w≤0.05mm，纹路宽度w与纹路之间的间隔w’的比值范围为0.5≤w/w’≤2，纹路深度为上导电层或下导电层厚度的1/4至3/4。
上述技术方案中，多个平行均匀分布的第一纹路组成的条栅式纹理在一定程度上可以起到支撑作用，延长上下油墨涂层表面接触的过程，提升了电阻的变化率，对第一纹路进行的设置是为了减少对油墨涂层自身的损伤及阻值的影响，同时避免出现短路、断路。
在一些可选的实施方式中，均匀规则的纹理还包括由激光镭射机在上导电层的下表面和/或下导电层的上表面镭射出的相交于第一纹路的多个平行均匀分布的第二纹路。
上述技术方案中，上导电层的下表面和/或下导电层的上表面上设置的均匀规则的纹理除了第一纹路，还包括了与第一纹路相交的多个平行均匀分布的第二纹路，多个第一纹路与多个第二纹路形成网格状的纹理。
其中，所述第二纹路的纹路宽度w的取值范围为0.01mm≤w≤0.05mm，纹路宽度w与纹路之间的间隔w’的比值范围为0.5≤w/w’≤2，纹路深度为上导电层或下导电层厚度的1/4至3/4。
在一些可选的实施方式中，上导电层的下表面具有多个第一纹路，下导电层的上表面上具有多个第二纹路，第一纹路垂直于第二纹路。
上述技术方案中，在上导电层的下表面设置多个第一纹路，下导电层的上表面上设置多个第二纹路，第一纹路垂直于第二纹路，压力传感器在受到按压力时，上导电层和下导电层的接触面的变化则体现为长宽与纹路宽度相当的接触矩形区域的数量的增加，也就是说，在不同压力条件下接触面积的变化将更加明显，从而提升压力传感器的压力-电阻的变化率，改善了压力传感器的性能。
在一些可选的实施方式中，按压结构包括叠放贴合的按压层和上导电层。
上述技术方案中，按压层和上导电层叠放贴合，在按压层受到按压力发生挠曲时时，上导电层也发生相应的挠曲，使得上导电层向下与下导电层接触，从而输出相应的电阻信号。
在一些可选的实施方式中，按压层多采用弹性薄膜层。
在一些可选的实施方式中，支撑结构包括多个支撑柱；多个支撑柱均匀设置于基底结构边缘。
上述技术方案中，支撑结构可以是均匀设置于基底结构边缘上的多个支撑柱，每个支撑住为相同的圆柱或矩形柱状结构，避免对按压结构的支撑力分布不均导致的使用寿命缩短的问题。
在一些可选的实施方式中，支撑结构包括环形支撑件。
上述技术方案中，支撑结构也可以是环形支撑件，例如按压结构和基底结构为圆形时，支撑结构为圆环形支撑件；按压结构和基底结构为矩形时，支撑结构为矩形环状支撑件。
在一些可选的实施方式中，上导电层和下导电层采用油墨涂层；油墨涂层由印刷机丝网印刷制成。
上述技术方案中，采用导电的油墨涂层作为电极，其中油墨涂层通常由印刷机丝网印刷制成，油墨通过丝网的网孔挤压至薄膜上，丝网印刷具有简单、快捷、成本低的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为按压侧的油墨涂层与基底侧的油墨涂层接触的示意图；
图2为本申请实施例提供的第一压力传感器结构示意图；
图3为本申请实施例提供的第二压力传感器的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的第三压力传感器的结构示意图；
图5为利用激光镭射机镭射出均匀规则的表面纹理之前的油墨涂层的截面示意图；
图6为本实施例中利用激光镭射机镭射出均匀规则的表面纹理之后的油墨涂层的截面示意图；
图7为本申请实施例中油墨涂层表面的示意图；
图8为本实施例的上导电层的下表面上的纹理示意图；
图9为本实施例的下导电层的上表面上的纹理示意图；
图10为本申请另一实施例中油墨涂层表面的示意图；
图11本实施例提供的为上导电层的第一纹路与下导电层的第二纹路接触的示意图。
图标：1-基底层，2-下导电层，3-上导电层，4-按压层，5-支撑结构，6-纹理。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
压力薄膜传感器究其本质就是通过上下薄膜变形致使印刷在薄膜上的导电油墨涂层形成的电极导通构成回路，将压力信号按照一定的规律转换成相对应的电阻信号的装置。
压力薄膜传感器由基底、支撑结构、按压薄膜三部分组成，在薄膜上印有导电油墨涂层作为电极，其中油墨涂层通常由印刷机丝网印刷制成，油墨通过丝网的网孔挤压至薄膜上，通过丝网印刷后还需要进行烘烤等工艺操作，印刷出来的油墨涂层从微观上观测表面成不规则、凹凸不平的表面纹理。
经研究发现，按压薄膜受外力作用产生形变，附着在薄膜表面的油墨涂层接触到基底油墨涂层，此时电路导通，通过上下油墨涂层接触面积变化输出对应的电阻信号。如图1所示，图1为按压侧的油墨涂层与基底侧的油墨涂层接触的示意图，由于油墨涂层表面是凹凸不平的不规则纹理，压力变化所导致的上下油墨涂层接触面积的变化不稳定，即使是相同型号的不同传感器间差异性也较大，从而影响了薄膜压力传感器稳定性、重复性、以及压力传感器输出电阻的一致性。
因此，本申请的一个或多个实施例中，在压力传感器的上下电极的接触面，通过利用激光镭射机在油墨涂层表面镭射出均匀规则的表面纹理，从而使不同传感器油墨涂层表面保持规则一致，从而保证相同型号不同压力传感器间的输出阻值的一致性。同时利用镭射工艺在油墨涂层表面形成的高低错落的表面纹理也可增加接触面积的变化，提升传感器电阻的变化率，改善了压力传感器的性能。
请参照图2，图2为本申请实施例提供的第一压力传感器结构示意图，该压力传感器包括：基底结构、按压结构以及支撑结构5。
其中，支撑结构5设置于基底结构上，并且，支撑结构5位于基底结构边缘。按压结构位于支撑结构5上方，支撑结构5用于支撑按压结构不与基底结构接触。按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层3和下导电层2。在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层3将与基底结构的下导电层2接触。其中，上导电层3的下表面和下导电层2的上表面上均具有均匀规则的纹理6。
需明确的是，在一些可选的实施例中，压力传感器仅在下导电层2的上表面具有均匀规则的纹理6，请参照图3，图3为本申请实施例提供的第二压力传感器的结构示意图，本实施例中，上导电层3的下表面未进行纹理6的设置，仅在下导电层2的上表面设置有均匀规则的纹理6。
在另一些可选的实施例中，压力传感器还可以仅在上导电层3的下表面具有均匀规则的纹理6，请参照图4，图4为本申请实施例提供的第三压力传感器的结构示意图，本实施例中，下导电层2的上表面未进行纹理6的设置，仅在上导电层3的下表面设置有均匀规则的纹理6。
在上述一个或多个实施例中，按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层3和下导电层2，在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层3将与基底结构的下导电层2接触，并且随着上导电层3和下导电层2的接触面积变化输出相应的电阻信号，由于上导电层3和下导电层2的接触面具有均匀规则的纹理6，压力传感器所受压力变化导致的接触面积变化更具有一致性，接触面积变化又直接影响输出的电阻大小，从而使得提高了压力传感器输出电阻的一致性，压力传感器具有更好的稳定性和重复性。
在以下的一个或多个的实施例中，上导电层3和下导电层2采用油墨涂层；油墨涂层由印刷机丝网印刷制成。本申请实施例中，采用导电的油墨涂层作为电极，其中油墨涂层通常由印刷机丝网印刷制成，油墨通过丝网的网孔挤压至薄膜上，丝网印刷具有简单、快捷、成本低的特点。
在一些可选的实施方式中，其中，均匀规则的纹理6包括由激光镭射机在上导电层3的下表面和/或下导电层2的上表面镭射出的多个平行均匀分布的第一纹路。
本申请实施例中，通过利用激光镭射机在油墨涂层表面镭射出均匀规则的表面纹理6，从而使压力传感器油墨涂层表面保持规则一致，从而保证同型号的不同压力传感器间的输出阻值的一致性。同时利用镭射工艺在油墨涂层表面形成的高低错落的表面纹理6也可改善在不同压力条件下接触面积的变化情况，也就是在不同压力条件下接触面积的变化更加明显，从而提升压力传感器的压力-电阻的变化率，改善了压力传感器的性能。
如图2所示，按压结构包括叠放贴合的按压层4和上导电层3。本申请实施例中，按压层4和上导电层3叠放贴合，在按压层4受到按压力发生挠曲时时，上导电层3也发生相应的挠曲，使得上导电层3向下与下导电层2接触，从而输出相应的电阻信号。
基底结构包括叠放贴合的基底层1和下导电层2。
在一些可选的实施方式中，按压层4多采用弹性薄膜层。
请参照图5，图5为利用激光镭射机镭射出均匀规则的表面纹理6之前的油墨涂层的截面示意图，其中油墨涂层表面呈现不规则的表面特征。请参照图6，图6为本实施例中利用激光镭射机镭射出均匀规则的表面纹理6之后的油墨涂层的截面示意图，其中油墨涂层表面呈现出多个第一纹路，其中，第一纹路的纹路宽度w的取值范围为0.01mm≤w≤0.05mm，纹路宽度w与纹路之间的间隔w’的比值范围为0.5≤w/w’≤2，纹路深度h为上导电层3或下导电层2厚度的1/4至3/4。
本申请实施例中，多个平行均匀分布的第一纹路组成的条栅式纹理6在一定程度上可以起到支撑作用，延长上下油墨涂层表面接触的过程，提升了电阻的变化率，对第一纹路进行的设置是为了减少对油墨涂层自身的损伤及阻值的影响，同时避免出现短路、断路。
需明确的是，在一些可选的实施方式中，第一纹路还可以采用如图10所示的波浪形的纹路。
在一些可选的实施方式中，均匀规则的纹理6还包括由激光镭射机在上导电层3的下表面和/或下导电层2的上表面镭射出的相交于第一纹路的多个平行均匀分布的第二纹路。请参照图7，图7为本申请实施例中油墨涂层表面的示意图，上导电层3的下表面和/或下导电层2的上表面上设置的均匀规则的纹理6除了第一纹路，还包括了与第一纹路相交的多个平行均匀分布的第二纹路，多个第一纹路与多个第二纹路形成网格状的纹理6。其中，所述第二纹路的纹路宽度w的取值范围为0.01mm≤w≤0.05mm，纹路宽度w与纹路之间的间隔w’的比值范围为0.5≤w/w’≤2，纹路深度为上导电层或下导电层厚度的1/4至3/4。
在一些可选的实施方式中，请参照图8，图8为本实施例的上导电层3的下表面上的纹理6示意图，其中横向线条为第一纹路。请参照图9，图9为本实施例的下导电层2的上表面上的纹理6示意图，其中竖向线条为第二纹理6。并且，第一纹路垂直于第二纹路。
请参照图11，图11本实施例提供的为上导电层3的第一纹路与下导电层2的第二纹路接触的示意图，在上导电层3的下表面设置多个第一纹路，下导电层2的上表面上设置多个第二纹路，第一纹路垂直于第二纹路，压力传感器在受到按压力时，上导电层3和下导电层2的接触面的变化则体现为长宽与纹路宽度相当的接触矩形区域的数量的增加，也就是说，在不同压力条件下接触面积的变化将更加明显，本实施例中接触矩形区域的数量为9个，接触面积即为9个接触矩形区域的面积之和，从而提升压力传感器的压力-电阻的变化率，改善了压力传感器的性能。
在一些可选的实施方式中，支撑结构5包括多个支撑柱；多个支撑柱均匀设置于基底结构边缘。
本申请实施例中，支撑结构5可以是均匀设置于基底结构边缘上的多个支撑柱，每个支撑住为相同的圆柱或矩形柱状结构，避免对按压结构的支撑力分布不均导致的使用寿命缩短的问题。
在一些可选的实施方式中，支撑结构5包括环形支撑件。
上述技术方案中，支撑结构5也可以是环形支撑件，例如按压结构和基底结构为圆形时，支撑结构5为圆环形支撑件；按压结构和基底结构为矩形时，支撑结构5为矩形环状支撑件。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：基底结构、按压结构以及支撑结构；
所述支撑结构设置于所述基底结构上，并且，所述支撑结构位于所述基底结构边缘；
所述按压结构位于所述支撑结构上方，所述支撑结构用于支撑所述按压结构不与所述基底结构接触；
所述按压结构与基底结构的相对位置分别设置有上导电层和下导电层；
在按压结构受到按压力导致形变时，按压结构的上导电层将与基底结构的下导电层接触；
其中，所述上导电层的下表面和/或下导电层的上表面上具有均匀规则的纹理。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，其中，所述均匀规则的纹理包括由激光镭射机在上导电层的下表面和/或下导电层的上表面镭射出的多个平行均匀分布的第一纹路。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，其中，所述第一纹路的纹路宽度w的取值范围为0.01mm≤w≤0.05mm，纹路宽度w与纹路之间的间隔w’的比值范围为0.5≤w/w’≤2，纹路深度为上导电层或下导电层厚度的1/4至3/4。
4.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述均匀规则的纹理还包括由激光镭射机在上导电层的下表面和/或下导电层的上表面镭射出的相交于第一纹路的多个平行均匀分布的第二纹路。
5.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述上导电层的下表面具有多个所述第一纹路，所述下导电层的上表面上具有多个所述第二纹路；其中，所述第一纹路垂直于第二纹路。
6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述按压结构包括叠放贴合的按压层和上导电层。
7.如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述按压层包括弹性薄膜层。
8.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑结构包括多个支撑柱；所述多个支撑柱均匀设置于所述基底结构边缘。
9.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑结构包括环形支撑件。
10.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述上导电层和下导电层采用油墨涂层；所述油墨涂层由印刷机丝网印刷制成。
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