傳感器固定裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種傳感器固定裝置包括固定模塊（1），所述固定模塊（1）一側(cè)部開(kāi)設(shè)傳感器安裝腔體（2），所述傳感器安裝腔體（2）內(nèi)固定設(shè)置有外環(huán)套（6），所述外環(huán)套（6）中心固定安裝旋轉(zhuǎn)軸（5），所述旋轉(zhuǎn)軸（5）一端部安裝旋轉(zhuǎn)手柄（4）；所述旋轉(zhuǎn)軸（5）上套裝卷彈簧（7），所述卷彈簧（7）內(nèi)端與旋轉(zhuǎn)軸（5）固連、其外端抵靠外環(huán)套（6）內(nèi)壁。傳感器可用于檢測(cè)溫度壓力等環(huán)境變量。本發(fā)明提出的新型傳感器固定裝置具有操作方便、固定牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
傳感器固定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種傳感器固定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)傳感器作為采集控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的專(zhuān)用器件，常用的傳感器種類(lèi)繁多。理想的傳感器，應(yīng)該具有成本低廉、制備簡(jiǎn)單和通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。常規(guī)傳感器在電力、汽車(chē)、家居、工業(yè)制造等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，但是常規(guī)傳感器大都基于硬性的支撐襯底，不適用于大面積或不規(guī)則表面的信號(hào)檢測(cè)。同時(shí)，現(xiàn)有的柔性傳感器大都用于測(cè)量某一表面，而為了測(cè)量整個(gè)被測(cè)對(duì)象的溫度或者形變等的變化，需要將柔性傳感器做成帶狀，而帶狀傳感器的固定是需要結(jié)合實(shí)際的傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這不同于一般的固定裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的缺陷，提供一種加工簡(jiǎn)易，成本低廉的柔性傳感器固定裝置。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種傳感器固定裝置，包括固定模塊，所述固定模塊一側(cè)部開(kāi)設(shè)傳感器安裝腔體，所述傳感器安裝腔體內(nèi)固定設(shè)置有外環(huán)套，所述外環(huán)套中心固定安裝旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸一端部安裝旋轉(zhuǎn)手柄;所述旋轉(zhuǎn)軸上套裝卷彈簧，所述卷彈簧內(nèi)端與旋轉(zhuǎn)軸固連、其外端抵靠外環(huán)套內(nèi)壁;所述外環(huán)套開(kāi)設(shè)有供塑料卡片通過(guò)的通槽，所述塑料卡片穿過(guò)外環(huán)套后與卷彈簧連接;所述塑料卡片上印刷有多個(gè)齒狀結(jié)構(gòu)的金屬條，所述金屬條通過(guò)引線(xiàn)與位于固定模塊側(cè)面的引線(xiàn)端子連接。
[0005]使用時(shí)，首先轉(zhuǎn)動(dòng)固定模塊外的旋轉(zhuǎn)手柄，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，收緊卷彈簧，將塑料卡片回拉;然后將傳感器放入安裝腔體內(nèi)，松開(kāi)旋轉(zhuǎn)手柄，卷彈簧在恢復(fù)力作用下，將塑料卡片彈出，同時(shí)，塑料卡片上的金屬條作用一是通過(guò)其齒狀結(jié)構(gòu)夾緊固定傳感器，作用二是金屬條與傳感器的引腳聯(lián)通;這樣，傳感器測(cè)量的信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)輸送至固定模塊的引線(xiàn)端子處，實(shí)現(xiàn)傳感器的信號(hào)輸出功能。
[0006]優(yōu)選的，所述固定模塊左右側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，能夠同時(shí)安裝兩個(gè)柔性傳感器。
[0007]該傳感器固定裝置具有操作方便、固定牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
通過(guò)采用固定裝置可達(dá)到對(duì)帶狀柔性傳感器固定的目的，同時(shí)通過(guò)在固定裝置中加裝的引線(xiàn)接口，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器信號(hào)的輸出功能?？梢杂糜趯?duì)被測(cè)對(duì)象外圍溫度或應(yīng)變等變化量的整體測(cè)試時(shí)柔性傳感器的加固，拓寬了器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1表示傳感器固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00?0]圖2表示旋轉(zhuǎn)軸固定結(jié)構(gòu)示意圖。[0〇11]圖3表不固定裝置內(nèi)引線(xiàn)不意圖。
[0012]圖4表示柔性溫度傳感器示意圖。[〇〇13]圖5表示柔性壓力傳感器示意圖。[0〇14]圖中，1-固定模塊，2-傳感器安裝腔體，3-引線(xiàn)端子，4-旋轉(zhuǎn)手柄，5-旋轉(zhuǎn)軸，6-外環(huán)套，7-卷彈簧，8-塑料卡片，9-金屬條，10-引線(xiàn)，11-上層柔性襯底，12-下層柔性襯底，13-上電極，14-下電極，15-柔性溫敏絕緣層，16-柔性伸縮絕緣層?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] —種傳感器固定裝置，包括固定模塊1，所述固定模塊1左右側(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，如圖1所不。
[0017]現(xiàn)以固定模塊的一側(cè)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0018]固定模塊1 一側(cè)部開(kāi)設(shè)傳感器安裝腔體2,所述傳感器安裝腔體2內(nèi)固定設(shè)置有外環(huán)套6,如圖2所示，所述外環(huán)套6中心固定安裝旋轉(zhuǎn)軸5,所述旋轉(zhuǎn)軸5—端部安裝旋轉(zhuǎn)手柄 4;所述旋轉(zhuǎn)軸5上套裝卷彈簧7,所述卷彈簧7內(nèi)端與旋轉(zhuǎn)軸5固連、其外端抵靠外環(huán)套6內(nèi)壁;所述外環(huán)套6開(kāi)設(shè)有供塑料卡片8通過(guò)的通槽，所述塑料卡片8穿過(guò)外環(huán)套6后與卷彈簧7 連接;所述塑料卡片8上印刷有多個(gè)齒狀結(jié)構(gòu)的金屬條9,齒狀結(jié)構(gòu)主要用于將柔性傳感器夾緊，金屬條與傳感器的引腳相連。
[0019]如圖3所示，所述金屬條9通過(guò)引線(xiàn)10與位于固定模塊1側(cè)面的引線(xiàn)端子3連接，弓丨線(xiàn)端子3包括一至兩排引線(xiàn)排針，排針用于固定裝置同外界連接外圍設(shè)備，排針間距為標(biāo)準(zhǔn)間距2.54mm。
[0020]旋轉(zhuǎn)軸作為支撐用于固定彈簧片及齒狀結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)手柄作為旋轉(zhuǎn)軸的延伸，便于手動(dòng)操作旋轉(zhuǎn)桿。
[0021]固定模塊的尺寸遵循長(zhǎng)度為6?12cm，寬度為3~6cm，高度為1?4cm〇
[0022]上述傳感器固定裝置應(yīng)用于不規(guī)則帶狀柔性傳感器的固定場(chǎng)景，柔性傳感器用于檢測(cè)溫度、壓力等環(huán)境變量。以下介紹柔性溫度傳感器和柔性壓力傳感器，均可用于上述傳感器固定裝置中。
[0023] —種柔性溫度傳感器，該器件主要包含上下層襯底、置于襯底上的電極及電極之間的柔性絕緣材料。如圖4所示，具體為，包括上層柔性襯底11和下層柔性襯底12,所述上層柔性襯底11上分布有上電極13，所述下層柔性襯底12上分布下電極14，所述上電極13和下電極14間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底11、12之間設(shè)置柔性溫敏絕緣層15。[〇〇24]上下層柔性襯底:主要可以采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI) 等具有較好柔韌性及絕緣性的材料。
[0025]電極主要采用金屬材料(如導(dǎo)電銀漿)或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料制作。電極位于襯底之上，并與襯底緊密接觸，電極結(jié)構(gòu)采用叉指形狀，電極通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。壓印模具或網(wǎng)印模板線(xiàn)條寬度根據(jù)所需要加工的柔性溫度傳感器電極尺寸而定。[〇〇26]溫度敏感層采用聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)摻雜納米銅作為溫敏材料，納米銅材料占比低于聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)材料。
[0027]具體制作方法如下:
I)、柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將柔性襯底材料(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET )或者聚酰亞胺(PI)先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗5分鐘，然后將襯底材料烘干。
[0028]2)、電極采用金屬材料或碳粉材料加工而成，金屬或碳粉顆粒的直徑尺寸小于10微米，同時(shí)該電極材料需配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。電極通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。
[0029]3)、溫度敏感材料的制備:
采用聚1異丙基丙稀酰胺(？017(1'|-18?1'0?713(^713111)，PNIPAM)摻雜納米銅作為溫敏材料，作為柔性溫度傳感器的介質(zhì)材料，當(dāng)溫度變化時(shí)，柔性可伸縮絕緣層會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)電容值的變化確定作用的溫度值。
[0030]其中，溫敏材料的制備步驟:
第一步，采用N-異丙稀酰胺(N-1sopropylacryla，NIPAM)單體，將NIPAM同納米銅按照99:1的比例混合，加入N，N-甲基雙丙烯酰胺試劑，制備出混有納米銅的聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠微球。
[0031 ]第二步，將制備的凝膠微球混入松油醇、乙基纖維、S12等粘結(jié)相載體，在磁力攪拌器中攪拌20分鐘，攪拌均勻，制備出溫敏漿料。
[0032]4)、將溫敏漿料置于上下層襯底之間，電極埋于溫敏漿料中。器件置于60_120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，以揮發(fā)部分漿料的粘連材料。
[0033]器件完成之后，需進(jìn)行封裝測(cè)試工作，加工的器件可應(yīng)用于不規(guī)則表面溫度檢測(cè)特定場(chǎng)景。
[0034]柔性溫敏絕緣層作為柔性溫度傳感器的介質(zhì)材料，當(dāng)溫度變化時(shí)，柔性可伸縮絕緣層會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)電容值的變化確定作用的溫度值。柔性溫度傳感器具有可大規(guī)模制造，可測(cè)量不規(guī)則表面的溫度等優(yōu)點(diǎn)。
[0035]—種柔性壓力傳感器，該器件主要包含上下層襯底、置于襯底上的電極及電極之間的柔性絕緣材料。如圖5所示，具體為，包括上層柔性襯底11和下層柔性襯底12，所述上層柔性襯底11上分布有上電極13，所述下層柔性襯底12上分布下電極14，所述上電極13和下電極14間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底11、12之間設(shè)置柔性伸縮絕緣層16。
[0036]上下層柔性襯底主要可以采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)等具有較好柔韌性及絕緣性的材料。
[0037]電極主要采用金屬材料(如導(dǎo)電銀漿)或碳粉材料，電極位于襯底之上，并與襯底緊密接觸，電極結(jié)構(gòu)采用叉指形狀，電極材料通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。壓印模具或網(wǎng)印模板線(xiàn)條寬度根據(jù)所需要加工的柔性壓力傳感器電極尺寸而定。
[0038]柔性可伸縮絕緣層材料選用具有較好的延展性的PDMS，作為柔性壓力傳感器的彈性電容層的介質(zhì)材料，當(dāng)有力壓在上下襯底上時(shí)，柔性可伸縮絕緣層會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)電容值的變化確定作用的壓力值。
[0039]具體制作方法如下:1)柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將柔性襯底材料(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗5分鐘，然后將襯底材料烘干。
[0040]2)、電極采用金屬材料或碳粉材料加工而成，金屬或碳粉顆粒的直徑尺寸小于10 微米，同時(shí)該電極材料需配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。電極通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。[0041 ]3)壓力敏感材料的制備:可伸縮絕緣層材料選用聚二甲基娃氧燒(Polydimethyl si loxane，PDMS)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷等加工方式將第一層PDMS制備于電極結(jié)構(gòu)之上。[〇〇42]采用一層一層的方式，將吡咯單體倒入氯化鐵溶液中，將上述制備有一層PDMS結(jié)構(gòu)的器件浸泡入上述溶液中，靜置30秒，再取出，在形成的第一層PDMS之上制備出單層聚吡咯聚合物。[〇〇43]在此基礎(chǔ)上再通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷等加工方式將第二層PDMS制備于聚吡咯聚合物之上，重復(fù)上述動(dòng)作，最后形成三層PDMS夾有兩層聚吡咯聚合物的敏感層結(jié)構(gòu)，形成壓力敏感層。[〇〇44]4)在壓印成型之后，器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10_60min，以揮發(fā)部分漿料的粘連材料。
[0045]器件完成之后，需進(jìn)行封裝測(cè)試工作，加工的器件可應(yīng)用于不規(guī)則表面溫度檢測(cè)特定場(chǎng)景。
[0046]該柔性壓力傳感器具有靈敏度高，可大規(guī)模制造，用途廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0047]對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的柔性傳感器固定裝置，文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種傳感器固定裝置，其特征在于:包括固定模塊(1)，所述固定模塊(1) 一側(cè)部開(kāi)設(shè) 傳感器安裝腔體(2)，所述傳感器安裝腔體(2)內(nèi)固定設(shè)置有外環(huán)套(6)，所述外環(huán)套(6)中 心固定安裝旋轉(zhuǎn)軸(5)，所述旋轉(zhuǎn)軸(5)—端部安裝旋轉(zhuǎn)手柄(4);所述旋轉(zhuǎn)軸(5)上套裝卷 彈簧(7)，所述卷彈簧(7)內(nèi)端與旋轉(zhuǎn)軸(5)固連、其外端抵靠外環(huán)套(6)內(nèi)壁;所述外環(huán)套 (6)開(kāi)設(shè)有供塑料卡片(8)通過(guò)的通槽，所述塑料卡片(8)穿過(guò)外環(huán)套(6)后與卷彈簧(7)連 接;所述塑料卡片(8)上印刷有多個(gè)齒狀結(jié)構(gòu)的金屬條(9)，所述金屬條(9)通過(guò)引線(xiàn)(10)與 位于固定模塊(1)側(cè)面的引線(xiàn)端子(3)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述固定模塊(1)左右側(cè)結(jié)構(gòu) 對(duì)稱(chēng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器固定裝置，其特征在于:位于一側(cè)的傳感器安裝腔體(2)安裝柔性溫度傳感器；所述柔性溫度傳感器，包括上層柔性襯底(11)和下層柔性襯底(12)，所述上層柔性襯 底(11)上分布有上電極(13)，所述下層柔性襯底(12)上分布下電極(14)，所述上電極(13) 和下電極(14)間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底(11、12)之間設(shè)置柔性溫敏絕緣層(15)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器固定裝置，其特征在于:位于另一側(cè)的傳感器安裝腔體 (2)安裝柔性壓力傳感器；所述柔性壓力傳感器，包括上層柔性襯底(11)和下層柔性襯底(12)，所述上層柔性襯 底(11)上分布有上電極(13)，所述下層柔性襯底(12)上分布下電極(14)，所述上電極(13) 和下電極(14)間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底(11、12)之間設(shè)置柔性伸縮絕緣層(16)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述上下層柔性襯底(11、 12)采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述上下電極(13、14)采用 金屬材料或者碳粉材料制作。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述柔性溫敏絕緣層(15)采用 聚N-異丙基丙烯酰胺摻雜納米銅作為溫敏材料制作。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述柔性伸縮絕緣層(16)采用 聚二甲基硅氧烷材料制作。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述柔性溫度傳感器的制備方 法如下:(1)、柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下 清洗后烘干；(2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，制備出上下電極；將上下電極通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層柔性襯底之上；(3)、溫度敏感材料的制備:第一步，采用N-異丙烯酰胺NIPAM單體，將NIPAM單體同納米銅按照99:1的比例混合，加 入N，N-甲基雙丙烯酰胺試劑，制備出混有納米銅的聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠微球；第二步，將制備的凝膠微球混入粘結(jié)相載體，在磁力攪拌器中攪拌均勻，制備出溫敏漿 料；(4)、將溫敏漿料置于上下層襯底之間，電極埋于溫敏漿料中；器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成，封裝即可。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器固定裝置，其特征在于:所述柔性壓力傳感器的制備方法如下: (I )、柔性襯底材料的預(yù)處理:將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗后烘干； (2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，加工上下電極； 將上下電極通過(guò)采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層襯底之上； (3)、壓力敏感材料的制備: 第一步，可伸縮絕緣層材料選用聚二甲基硅氧烷通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第一層PDMS制備于電極結(jié)構(gòu)之上； 第二步，采用一層一層的方式，將吡咯單體倒入氯化鐵溶液中，將上述制備有一層PDMS結(jié)構(gòu)的器件浸泡入上述溶液中，靜置30秒，再取出，在形成的第一層PDMS之上制備出單層聚吡咯聚合物； 第三步，在此基礎(chǔ)上再通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷或者絲網(wǎng)印刷加工方式將第二層I3DMS制備于聚吡咯聚合物之上，重復(fù)上述動(dòng)作，最后形成三層PDMS夾有兩層聚吡咯聚合物的敏感層結(jié)構(gòu)，形成壓力敏感層； (4)、在壓印成型之后，器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成，封裝即可。
【文檔編號(hào)】G01D11/30GK105973316SQ201610606337
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日
【發(fā)明人】周子冠, 賈寶康, 張樹(shù)峰, 徐寶華
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司, 中科鼎源（北京）科技有限公司