CN214149645U - 一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，涉及柔性压力传感器技术领域，不仅能够在一定的形变下依旧保证较高的灵敏度、较快的响应速度，而且舒适性和灵活性较好。该基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，包括由上至下依次设置的第一柔性电极、离子层和第二柔性电极；第一柔性电极和第二柔性电极均为弹性导电布；离子层为经离子凝胶浸涂改性的弹性离子布。本申请用于提升柔性可穿戴压力传感器的性能。

Description

一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器

技术领域

本申请涉及柔性压力传感器技术领域，尤其涉及一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器。

背景技术

柔性压力传感技术是采用柔性材料制备的一种二维形式的压力传感原件，不同于传统的非柔性压力传感原件采用金属悬臂梁、硅基应力片等不可弯曲材料，柔性压力传感器多使用高分子膜、纤维结构材料等作为传感器的构建材料。柔性压力传感器主要由电极和功能材料层构成，电极多使用高导电性的金属、导电碳材料、导电陶瓷类材料、导电高分子类材料，并形成特定电路图形。功能材料层根据机理不同，主要有导体材料、介电材料、压电材料、摩擦电材料、离子材料等，而相应的柔性传感机理也主要分为压阻式、平行板电容式、压电式、摩擦电式、离电式。

现有的可拉伸的柔性压力传感器存在拉伸条件下压力检测精度较低且透气性较差的缺点。

实用新型内容

本申请的实施例提供一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，不仅能够在一定的形变下依旧保证较高的灵敏度、较快的响应速度，而且舒适性和灵活性较好。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，包括由上至下依次设置的第一柔性电极、离子层和第二柔性电极；所述第一柔性电极和所述第二柔性电极均为弹性导电布；所述离子层为经离子凝胶浸涂改性的弹性离子布。

进一步地，所述第一柔性电极为条形电极，且为多个，多个所述第一柔性电极并排黏附在所述第一弹性纺织布的下侧；所述第二柔性电极为条形电极，且为多个，多个所述第二柔性电极并排黏附在所述第二弹性纺织布的下侧；多个所述第一柔性电极和多个所述第二柔性电极的延伸方向相互垂直。

进一步地，所述第一柔性电极和所述第二柔性电极均与数据读取、控制、供电电路连接。

进一步地，所述离子凝胶为水性聚氨酯离子凝胶。

进一步地，所述弹性导电布为银纳米纤维柔性导电布。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请将离电式传感原理引入到可拉伸的弹性纺织布中，采用弹性导电布作为电极，使柔性压力传感器不仅能够在一定的形变下依旧保证较高的灵敏度、较快的响应速度，而且舒适性和灵活性也较好。

2、本申请采用弹性导电布作为电极，通过弹性导电布与数据读取、控制、供电电路的可靠性连接，使本申请传感器具有高信噪比、抗干扰性强、响应速度快、响应线性好、可检测静态压力等特点。

3、本申请中的柔性电极为多个并排设置的条形电极，多个电极形成可拉伸的大面积高密度阵列，能够制备大面积高密度可拉伸电路，还可以利用传感阵列进行图形识别等，为未来的柔性可穿戴压力传感器及智能衣物的普遍应用打下良好的基础。

4、本申请中的多个条形电极粘附在相应的弹性纺织布上，封装工艺简单、成本低且不易损伤电极。

5、本申请实施例不仅在非拉伸状态下具有83.36nF〃MPa-1的较高灵敏度，而且在拉伸状态下依旧保持着39.63nF〃MPa-1的灵敏度，并且传感器的响应时间为34ms，还具有优异的重复性和耐久性，能够检测到手指抓握物体、按压鼠标等动作，而且能够用于监测人体脉搏信号，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请一个实施例基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器的结构示意图；

图2为本申请另一个实施例基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器的结构示意图。

图中，1-第一柔性电极，2-离子层，3-第二柔性电极，4-第一弹性纺织布，5-第二弹性纺织布。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，本申请实施例提供了一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，具体为一种单点传感器，采用三明治结构，包括由上至下依次设置的第一柔性电极1、离子层2和第二柔性电极3。第一柔性电极1和第二柔性电极3均与数据读取、控制、供电电路连接。

第一柔性电极1和第二柔性电极3均为弹性导电布，具体的，第一柔性电极1和第二柔性电极3均银纳米纤维柔性导电布，相比纳米纤维柔性导电布，银纳米纤维柔性导电布的导电性能更好。离子层2 为经离子凝胶浸涂改性的弹性离子布。具体的，离子凝胶为水性聚氨酯离子凝胶，包括水溶性咪唑类离子液体和水溶性弹性聚氨酯溶液。具体步骤为，按设定比例将水溶性咪唑类离子液体和水溶性弹性聚氨酯溶液进行混合，得到离子凝胶，然后用浸涂的方式对弹性纺织布进行浸涂改性，这种方法得到的弹性离子布具有成本低、工艺简单、电性能良好的特点，同时也保持了较好的力学性能，使得可拉伸的弹性纺织布压力传感器在灵敏度、分辨率、抗干扰性等性能上获得离电式压力传感技术的诸多优势。本申请实施例选取单位面积电容高的离子布作为中间的离子层，用可拉伸的银纳米纤维柔性导电布作为电极，上下电极之间不能相互接触，从而制得一个单点传感器。

由于本申请中的第一柔性电极1和第二柔性电极3均与数据读取、控制、供电电路连接，因此，本申请能够解决现有柔性传感器普遍存在的串扰问题。

参照图2，为了检测大面积高密度的检测对象，在一些实施例中，需要进行阵列传感，即第一柔性电极1和第二柔性电极3均为条形电极，且第一柔性电极1和第二柔性电极3的数量均为多个，其中，多个第一柔性电极1并排黏附在第一弹性纺织布4的下侧，多个第二柔性电极3并排黏附在第二弹性纺织布5的下侧，多个第一柔性电极1 和多个第二柔性电极3的延伸方向相互垂直。例如，当第一柔性电极 1和第二柔性电极3的数量均为16个时，可以形成16*16的阵列；当第一柔性电极1和第二柔性电极3的数量均为32个时，可以形成32*32的阵列……，图2即为32*32阵列传感器的结构示意图。

需要说明的是，第一柔性电极1和第二柔性电极3的数量可以相同也可以不相同，此处不做限制，具体的，需要根据实际需要检测对象的长度和宽度进行设置，但是，在同样大小的面积下，阵列密度越高，压力传感器的分辨率越高，准确度就越高。

上述阵列传感器的封装工艺如下：将多个第一柔性电极1(M行电极)和多个第二柔性电极2(N列电极)分别黏附在第一弹性纺织布4 和第二弹性纺织布5上，进行转印，然后按照三明治结构将离子布3 封装在两层电极中间。相比现有采用高分子材质(如PDMS)作为传感器的构建材料的柔性压力传感器，由于无需将金属电极嵌入PDMS 中，且电极为弹性导电布，因此，本申请实施例的透气性更好、电极不容易被破坏且封装工艺比较简单。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，其特征在于，包括由上至下依次设置的第一柔性电极、离子层和第二柔性电极；

所述第一柔性电极和所述第二柔性电极均为弹性导电布；所述离子层为经离子凝胶浸涂改性的弹性离子布。

2.根据权利要求1所述的基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，其特征在于，

所述第一柔性电极为条形电极，且为多个，多个所述第一柔性电极并排黏附在第一弹性纺织布的下侧；

所述第二柔性电极为条形电极，且为多个，多个所述第二柔性电极并排黏附在第二弹性纺织布的下侧；

多个所述第一柔性电极和多个所述第二柔性电极的延伸方向相互垂直。

3.根据权利要求1或2所述的基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，其特征在于，所述第一柔性电极和所述第二柔性电极均与数据读取、控制、供电电路连接。

4.根据权利要求1所述的基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，其特征在于，所述离子凝胶为水性聚氨酯离子凝胶。

5.根据权利要求1所述的基于弹性布的柔性可穿戴压力传感器，其特征在于，所述弹性导电布为银纳米纤维柔性导电布。

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