一种基于超晶格结构的压电传感器及制作方法

专利2026-07-09  1


本发明涉及传感器,尤其是涉及一种基于超晶格结构的压电传感器及制作方法。


背景技术:

1、随着物联网和消费级电子产品的蓬勃发展,柔性传感器作为两者发展的关键器件,其正在各个领域引起广泛的关注。研制性能优异且满足特定场景需求的新型柔性压电传感器在健康医疗、人机交互、机器人传感、智能家居、人体工学设计等领域具有重要的应用价值。

2、柔性压电传感器能够将力学信号转变为易于传送和分析的电学信号,可以通过集成在手表、鼠标、衣物等与人体贴合的电子产品实现智能检测功能,也能通过附着在机器人外壳表面实现机器人电子肌肤,是未来消费级电子产品不可或缺的技术。

3、公开号为wo2016175321a1发明专利公开了一种线绳状压电元件,其中,具备由导电性纤维形成的芯部、以及以包覆所述芯部的方式由线绳状的压电性纤维形成的鞘部,所述压电性纤维包含聚乳酸来作为主成分,所述压电性纤维相对于所述导电性纤维的卷绕角度为15°以上、75°以下。该专利缺乏对复杂曲面的适应性,无法在附着过程中克服的器件褶皱,缺乏多通道压力感知。

4、因此提供一种能适应复杂曲面和多通道压力感知的压电传感器是目前急需解决的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于超晶格结构的压电传感器及制作方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

3、根据本发明的第一个方面提供了一种基于超晶格结构的压电传感器,包括多根压电纤维,所述压电纤维折弯成周期形状,所述周期形状包括箭头型或半蜂窝型;将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网,所述压电纤维网贴合复杂曲面。

4、作为优选的技术方案,所述箭头型包括长箭头和短箭头;所述多根压电纤维均等分成两份,一份压电纤维折弯成周期形状为长箭头,另一份压电纤维折弯成周期形状为短箭头。

5、作为优选的技术方案,所述长箭头以3cm为边长进行折弯,角度为60°;所述短箭头以1cm为边长进行折弯,角度为120°。

6、作为优选的技术方案,所述长箭头和短箭头的两端连接,形成粘连部;一根压电纤维的长箭头与另一根压电纤维的短箭头形成一组压电纤维。

7、作为优选的技术方案,所述一组压电纤维的长箭头的顶点与另一组压电纤维的短箭头的顶点连接,形成粘连部。

8、作为优选的技术方案,所述半蜂窝型分别以3cm和1cm为边长进行折弯,长边与水平面平行,短边与水平面的夹角为60°。

9、作为优选的技术方案,所述半蜂窝型的压电纤维依次交替正反连接,形成粘连部。

10、作为优选的技术方案,所述粘连部的连接方式包括热熔或胶粘。

11、作为优选的技术方案,所述压电纤维两侧分别引出屏蔽电极和芯电极,作为接地电极与信号电极。

12、根据本发明的另一个方面,提供了一种采用如上任一所述的基于超晶格结构的压电传感器的制作方法,所述压电传感器的制作过程包括以下步骤:

13、s1、将压电纤维折弯成箭头型或半蜂窝型;

14、s2、将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网;

15、s3、将压电纤维网贴合复杂曲面。

16、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

17、1.本发明将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网,所述压电纤维网能够贴合复杂曲面,采集数据更精确。

18、2.本发明运用了多根压电纤维,压电纤维两侧分别引出屏蔽电极和芯电极,作为接地电极与信号电,提供了多通道压力感知。

19、3.本发明的成本低、可大规模生产。

20、4.本发明的可扩展性强,根据贴合面积进行增减压电纤维数量。



技术特征:

1.一种基于超晶格结构的压电传感器,包括多根压电纤维,其特征在于,所述压电纤维折弯成周期形状,所述周期形状包括箭头型或半蜂窝型(4);将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网,所述压电纤维网贴合复杂曲面。

2.根据权利要求1所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述箭头型包括长箭头(1)和短箭头(2);所述多根压电纤维均等分成两份,一份压电纤维折弯成周期形状为长箭头(1),另一份压电纤维折弯成周期形状为短箭头(2)。

3.根据权利要求2所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述长箭头(1)以3cm为边长进行折弯,角度为60°;所述短箭头(2)以1cm为边长进行折弯,角度为120°。

4.根据权利要求3所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述长箭头(1)和短箭头(2)的两端连接,形成粘连部(3);一根压电纤维的长箭头(1)与另一根压电纤维的短箭头(2)形成一组压电纤维。

5.根据权利要求4所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述一组压电纤维的长箭头(1)的顶点与另一组压电纤维的短箭头(2)的顶点连接,形成粘连部(3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述半蜂窝型(4)分别以3cm和1cm为边长进行折弯,长边与水平面平行,短边与水平面的夹角为60°。

7.根据权利要求6所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述半蜂窝型(4)的压电纤维依次交替正反连接,形成粘连部(3)。

8.根据权利要求7所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述粘连部(3)的连接方式包括热熔或胶粘。

9.根据权利要求8所述的一种基于超晶格结构的压电传感器,其特征在于,所述压电纤维两侧分别引出屏蔽电极和芯电极,作为接地电极与信号电极。

10.一种采用权利要求1-9任一所述的基于超晶格结构的压电传感器的制作方法,其特征在于,所述压电传感器的制作过程包括以下步骤:


技术总结
本发明涉及一种基于超晶格结构的压电传感器及制作方法,包括多根压电纤维,所述压电纤维折弯成周期形状,所述周期形状包括箭头型或半蜂窝型;将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网,所述压电纤维网贴合复杂曲面;制作方法采用如上所述结构。与现有技术相比,本发明将折弯的压电纤维依次连接,形成压电纤维网,所述压电纤维网能够贴合复杂曲面,采集数据更精确;运用了多根压电纤维,压电纤维两侧分别引出屏蔽电极和芯电极,作为接地电极与信号电,提供了多通道压力感知;本发明的成本低、可大规模生产;可扩展性强,根据贴合面积进行增减压电纤维数量。

技术研发人员:张晓青,张同研,聂思宇,周李安
受保护的技术使用者:同济大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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