薄膜压力传感器使用方法

柔性压力传感器的发展前景

从技术上看,随着传感器技术的发展,已可以在多个领域中实现高精度和高性能的应用。其中,柔性传感器被认为是继传统压力传感器、气体传感器和固体探测器之后发展的第四代压力传感器。目前主要采用金属丝与硅等材料制备微结构(微纳结构)的压力传感器与非金属材料制造的压力传感器技术。随着柔性传感器的不断发展与应用,相关研究成果也逐渐增多~下面我们就一起来了解一下关于柔性压力传感器吧~

薄膜压力传感器使用方法

1、传感器原理

柔性压力传感器是指由可更换的弹性元件(如金属丝、硅片等)与材料构成的微器件,在其结构、尺寸、外观等方面都可以达到一定程度上具有自适应性能,以实现对压力变化的敏感。同时还具有低功耗、低成本、高灵敏度等优点。但是因可伸缩性强、安装和维护成本高等缺点,使得传感器广泛应用于汽车、智能手机、航空航天、医疗设备、工业自动化、智能家居、可穿戴设备等领域。其传感器原理是通过施加电磁场,当磁场强度达到一定程度时,磁钢表面磁场变化会引起其磁化速度和磁化方向发生变化,从而引起电荷分布特征变化,进而形成电流信号。当施加在不同机械和电子设备中时,电流信号就会发生相应变化,由此产生相应的磁通量值及磁化方向变化数值(图1)。

2、适用领域

在上述分析中,我们发现柔性压力传感器适用于机械设备、医疗器械、半导体设备、传感器、仪器仪表和机器人等领域。例如图3所示的柔性压力传感器可用于检测压力时能够呈现出良好的信号传播特性(图3 A)。但是由于它受外部环境的影响比较大及受到内部机械结构的影响较小(图3 B),所以受到的外界环境变化又较大(图3 C)。因此这种柔性压力传感器不适合用于运动传感器等领域中。

3、检测对象的分类

根据检测对象,柔性压力传感器可分为以下几类:a)基于微型化的压力传感器:可以采用多种微结构和小尺寸,使其具备较强的柔性和良好性能,这类传感器可用于检测微结构。b)基于激光压力传感器:可以采用激光和非激光两种方式,能达到很好的检测效果。c)基于液体压力传感器:利用液体和固体材料中流体传递、流动过程中液体压力的变化以及液体颗粒形状对压力做出响应。d)基于固体传感器:可以采用特殊结构或材料制成固体传感器。e)基于磁性传感器:可以通过传感器中磁性材料之间产生振动来测量液体压力变化。

4、传感器的功能特点

在生物传感领域,以柔性压力传感器为代表的压力传感器可以实现压力与信号之间的信息传递,如检测环境中某种物质所处的状态、接触时间、使用部位、压力输出以及时间响应规律等。在机械控制领域,柔性压力传感器可以实现机械机构的控制功能,例如机械手检测机械零件及液压泵的压差实现位移及位置控制功能、液压泵控制系统检测高压驱动装置及压力控制系统检测压力输出以及压力变化实现压力反馈控制功能等。这类传感器不仅可以实现传统压力传感器所具备(如机械臂、液压泵)所具备的功能外,还可应用于传感器芯片、传感器以及其它功能器件上,实现多种传感器功能器件,如压力传感器、流体压强传感器、液压信号采集与处理、液压马达等智能机械、智能控制技术等。近年来在医疗领域中,柔性压力传感器在超声及影像监测及诊断领域已得到广泛应用。

5、技术瓶颈

当前,应用于柔性压力传感器的器件的核心技术主要集中在金属丝和硅基材料上。由于技术限制,目前柔性压力传感器所使用的金属丝和硅基材料多为低导电性、低阻抗性、高抗拉强度的材料。而随着科技的进步,以及传感器技术的发展,以及器件应用领域也在不断拓宽,金属丝和硅基材料将会成为柔性压力传感器发展必不可少的材料。