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。

柔性薄膜压力传感器

柔性薄膜压力传感器原理及性能

柔性薄膜压力传感器是一种基于可折叠的衬底的柔性传感器。其结构紧凑,仅为几个像素厚,通常只有几微米宽,因此能够精确地测量压力,从而改变传感器测量的敏感度。柔性显示材料中普遍使用一些高质量和长寿命的薄膜层来提供高灵敏度和分辨率,而不是传统的衬底压电元件。随着用于柔性显示和可穿戴设备等应用领域以及在工业上应用这类设备,柔性压力芯片在未来智能硬件系统中的使用率会越来越高。此外,该器件将需要更低成本、更长时间的稳定时间(例如在测试期间)来处理信号,这也有助于其在可穿戴设备或其他市场上继续获得广泛应用。在智能设备中用到的传感器是一个非常大且昂贵的系统,尤其是对于传感器产品而言。

柔性薄膜压力传感器

一、传感器概述

由于智能硬件系统能够实时响应外界变化,因此其在未来发展的趋势是具有高分辨率、宽动态范围以及高可测量度的特性。例如,对于柔性显示产业,其智能感知可与 OLED相媲美。在智能硬件系统中最常用到的传感器就是压力表和传感器。因此压电元件的广泛应用不仅是因为它具有灵敏低功耗等优点,而且还因为它为设备提供了更精确快速、动态可靠工作范围更大之类的优势。此外压力表和压力传感器都能够实时感知输入的压力信号而进行分析、处理并实现输出。

二、原理及性能

柔性压力传感器由表面贴装层和弹性薄膜构成。表面贴装层由一种薄而透明的聚合物薄膜构成,它具有均匀的电荷密度,能同时承受两个方向上的载荷(一压一放)。当压力增加时,电荷密度迅速变化,同时由于弹性薄膜上的电压变化,可以观察到电压值的动态变化趋势。为了满足要求,将压电膜在薄薄的柔性器件表面包覆以形成纳米级厚膜。对于较小的压力传感器如空气或液体气体测试其压力时,其结果取决于压力和温度;对于较大压力传感器如微机电系统测试则取决于压力随时间的线性关系。在特定环境下,可以改变这些薄膜层的宽度或厚度以测量更高性能下的载荷。因此,根据产品类型选择不同的厚度能够提供较高精度和分辨率。

三、成本分析

对传感器的成本进行评估是很重要的,尤其是对于各种类型的智能设备而言。因为成本过高,所以制造商很难有利润。因此,当这些传感器使用时它们通常使用大量的材料和金属,而不是高质量的薄膜。与使用低质量和高性能薄膜的传统压电器件相比,这些技术具有更高的技术要求。柔性薄膜压力传感器在使用这种材料时有很高的成本。因此智能设备应用中具有高敏感度和分辨率的传感器是一个挑战,因为柔性压力传感器需要比传统压电元件更长、更稳定和更高质量的薄膜层作为保护层。

柔性薄膜压力传感器优点

柔性薄膜压力传感器优点

压力传感器是一种用来测量物体之间的压力的传感元件。传感器能够以类似的方式检测压力。柔性薄膜压力传感器与传统的陶瓷传感器相比,具有其独特的性能。这意味着传感器可以在多种应用中使用,例如:电子设备、消费电子产品和工业过程中。柔性薄膜压力传感器不仅可以用来测量物体和移动设备之间的压力,而且也可以应用于可穿戴设备和智能手表等设备上。

柔性薄膜压力传感器优点

1、高灵敏度

与传统的压力传感器相比,柔性薄膜压力传感器的灵敏度非常高。高灵敏度意味着可以精确地测量任何类型的移动设备。这意味着对于可穿戴设备或智能手表等可穿戴设备来说,所需功率的可预测性几乎与传统的压力传感器相同,从而可以根据需要提供所需灵敏度。当传感器无法探测大电流时,这意味着传感器不太可能像传统传感器那样有效。然而,这种低灵敏度可以在不同区域下同时使用多个传感器来测量不同参数,从而提高了可穿戴设备对环境质量所需信号的准确性。与此同时,高灵敏度还可以应用于可穿戴设备中以获得更好的用户体验,而不是更昂贵或者更危险的检测方式。

2、成本低

传统的陶瓷传感器需要昂贵的生产设备,这对制造商来说是一个挑战。柔性薄膜压力传感器非常便宜,这使得制造商能够以更低的成本生产他们的传感器。同时,柔性薄膜压力传感器能够节省成本。例如,该技术可以节省电力成本并提高传感器精度。此外,由于其柔性结构允许较小的尺寸来容纳较大的部件,因此它们比陶瓷传感器更加便宜。

3、可穿戴

随着智能手机、平板电脑和可穿戴设备的兴起,可穿戴技术也成为了一种趋势。智能手表、手环的设计,在一定程度上可以缓解我们手部疲劳的问题,使我们更加放松。智能手表可以检测和跟踪用户身体各个部位的压力。如果压力过高或过低,我们将需要手动调节压力计来保持我们处于最佳状态。智能手表还可以测量用户在睡觉或看电视时身体上肌肉群所需达到的强度。这些可穿戴技术不仅能够帮助减少使用者疲劳,还可以使健康得到提高,并有助于实现有效管理压力和预防疾病。

4、可重复利用

除了在可穿戴设备上使用,柔性薄膜压力传感器还可以用来重复利用。例如,由于需要对传感器进行校准,因此将柔性薄膜压力传感器放置在具有适当校准的位置进行校准,然后将其丢弃就可以了。柔性薄膜压力传感器不需要校准就可以被再次使用,因此即使它们坏了也不会影响其使用寿命。如果需要多次校准传感器的话,柔性薄膜压力传感器可以重复使用1次。因此可以使用多年甚至几年以来获得的所有数据来衡量成本以及如何使用这些数据来重新调整设备。

柔性薄膜压力传感器可靠吗

柔性薄膜压力传感器可靠吗

柔性薄膜压力传感器用的薄膜材料主要有三种:

1、单层薄膜压力传感器:这种压力传感器主要是用来测量外界(如空气中湿度、大气温度及压力)与内部压力之间的关系。这种薄膜压力传感器一般是用在产品上,这种压力传感器有几个优点:一是耐压高:使用这种压力传感器可以在高温等恶劣环境下进行工作。

柔性薄膜压力传感器可靠吗

1.适用范围广,可以广泛的应用于各种场合。

柔性薄膜压力传感器不需要使用外部传感器,而只需要使用内部的压力传感器。这种薄膜压力传感器可以应用于任何地方,比如医疗卫生、食品工业、家用电器及其他工业领域等。柔性薄膜压力传感器不会受到任何的外力而发生损坏,这种薄膜压力传感器还可以长期使用到工业场合,一般适用于生产、医疗卫生及食品等领域。

2.价格便宜,这也是很多企业使用薄膜压力传感器的原因之一。

一是抗冲击能力强。二是价格便宜。三是使用寿命长(3~5年):这种薄膜压力传感器可以应用于长期使用,可以让它在恶劣环境下使用。另外,这种压力传感器适合于用来测量微波炉或者电冰箱等食品温度与内部压力之间的关系。与单层压力传感器相比,这种薄膜压力传感器具有更好地稳定性和更长的使用寿命。如果你的设备中使用了这种薄膜压力传感器或者是它是在很长时间内都可以工作,那么你就需要做很多的测试,那么这种产品就需要更多了。

3.耐高温性很强,使用这种传感器可以长时间持续工作。

二是对外界的适应能力强:这种薄膜压力传感器也是一种可以直接与外界进行接触的压力传感器,也可以和外界直接接触。三是可以测量变化范围大:这种薄膜压力传感器可以测量很大的变化范围,当外部物体变动时它也不会出现变化,因此也可以用来测量各种变化情况。三层及以上压力传感器:这种压传感器可用在各种环境下进行测量工作,这种压力传感器一般是用来测量外界压力、内部压力以及温度等。而且这种薄膜压力传感器还可以测量周围环境的温度变化来进行数据变化等用途。

4.使用寿命长,这个是最大优势。

这类压力传感器通常使用在智能家居产品上,可在一定程度上避免对产品造成破坏。由于柔性薄膜压力传感器采用了独特的柔性封装方式,所以可以直接嵌入在传感器内部,无需再另装基材。另外由于具有较长寿命,所以可重复使用次数可达数十次,大大减少了产品成本。这种产品在我国还是比较受欢迎的;2、柔性薄膜压力传感器:这种压力传感器一般是用于压力传感器的前端(即外壳)。在前一种类型压力传感器中,其内部是使用金属外壳或者塑料外壳来包裹它,而柔性压敏传感膜一般都是使用金属膜包裹外壳。

5.该传感器能够将测量和处理过程进行集成,即能实时显示产品的生产工艺。

在这些集成的生产线上,可以实时监测机器设备的运行状态。这种压力传感器已经开始被大规模的生产所使用,它可以被连接到任何一台中央计算机上,也可以被安装到一台平板电脑上,以便于员工们随时了解生产情况。这种仪器是用来测量空气中的水分和温度变化的一种仪器,而且具有较好的可靠性和抗干扰性。2、具有低成本和可靠性等特点:这种传感器主要是用于检测机器设备内部水分和温度与机器设备质量之间的关系。该仪器主要是用来测量机器设备内部的压力与温度补偿以及机械振动问题,并且是在没有任何外力情况下不受外界影响进行工作的。

溅射式压力传感器结构及工作原理

柔性薄膜压力传感器结构

基于薄膜的压力传感器技术是一种能够同时测量气体压力和液体压力的新型传感器,用于各种应用,包括压力测量设备、传感器元件。它可以与气体压力传感器结合使用,也可以单独使用,或者可以在不同应用中使用。这类传感器通常具有高灵敏度,并且由于所使用的薄膜材料具有良好的机械性能,因此可以适用于各种应用。柔性薄膜压力传感器是一种高精度传感器,与常见的普通传感器相比,具有较高的灵敏度和响应速度。柔性薄膜压力传感器有很多不同类型,包括柔性薄膜压力传感器结构和基于气体压力传感器组合的柔性薄膜压力传感器电路。

柔性薄膜压力传感器结构

1、柔性薄膜压力传感器结构

柔性薄膜压力传感器的主要特点是,在施加的压力下,薄膜压力信号会出现散射,这会导致测量数据偏离值或异常值。在传感器内部产生一种压差信号,这将导致信号发生异常变化或发生异常现象,进而引起对器件性能和测量结果的影响。柔性薄膜压力传感器采用基于聚合物薄膜制造技术,该技术使薄膜压力传感器具有很好的机械性能和较高的灵敏度。这种柔性薄膜压力传感器通常由两部分组成:外壳(刚性传感器外壳)以及封装(柔性传感器外壳),这些刚性柔性传感器外壳主要由弹性、绝缘和耐热性等材料制成;外壳还设有压力室(即传感器表面);柔性传感器外壳(即压力传感器外壳)是柔性压力室的核心部分。

2、基于气体压力传感器组合的柔性薄膜压力传感器电路

采用气体压力传感器技术组合的柔性薄膜压力传感器电路是在薄膜压力传感器元件基础上增加测量气体压力以及固体压力等多种测量方法的组合。气体压力传感器分为固定、可调、可变三种类型。固定型可调气体压力传感器用于测量气瓶附近所施加的气体压力;可调式气体压力传感器用于测量气体压力;可变型气体压力传感器用于测量液体压力,并可以同时测量气体压力和液体压力。由于上述多种类型传感器之间能够互相协调使用,因此,这些传感器非常适合组合使用。

3、基于薄膜压力的传感器元件

在柔性薄膜压力传感器中,可以使用与环境相匹配的传感器元件。例如,如果环境湿度较大,或者压力可能对薄膜造成损伤,则可以使用压力传感器元件。此外,还可以使用气体传感器元件来测量气体压力,并将其用于特定气体测量。由于大多数环境湿度对气体压力影响很小,因此具有很好地环境适应性,并且传感器对于各种流体来说都不会损坏。与传统气体压力传感器相比,柔性薄膜压力传感器采用各种薄膜材料进行制造,而且它具有很高的灵敏度和响应速度。因此可以很好地应用于各种环境中要求快速、准确且高性能传感器元件设计方面。

4、使用环境

温度:在-50℃到+125℃之间。压力:在5到200 ppm之间的范围内。湿度较低。腐蚀性:酸碱。

柔性薄膜压力传感器100Kg

柔性薄膜压力传感器的应用模块

压力传感器可以用于测量流体的流动。对一个过程进行跟踪时,压力传感器可用作测量一系列过程,例如材料膨胀或收缩、变形以及液体流动过程。该传感器结构的微细变形来测量过程。其应用可以包括:压力测量或压力控制;压力传感器与流体控制或固体部件控制;压力传感器的测量数据存储和显示。该模块提供了将这些过程与任何产品进行集成,并在某些情况下提供更多信息的可能性。除了检测压力或在各种应用中测量液体压力传感器之外,我们还可以为不同应用添加柔性薄膜压力传感器模块或将其集成到我们的各种产品中,如汽车、机器人和工业产品等。

柔性薄膜压力传感器的应用模块

一、液体压力传感器

液体压力传感器用于测量液体的压力,如各种饮料、化工产品、汽车和工业产品等。气体压力传感器的特点是体积小,且安装简单。但是,气体压力传感器必须具有与气体相匹配的高精度。因此,气体压力传感器不能直接用于测量液体。由于气体有很多种,因此气体压力传感器需要精确并且集成到系统中。这将使系统必须能够承受很高的机械应力,从而提高了设备与系统之间的相互作用能力。气体压力传感器安装在容器外,由于液体进入容器所需的高度限制,因此可能会导致高达100%的应力变化。

二、汽车中的压力控制应用例子

尽管汽车行业的生产环境越来越严格,但通过对各个零件的压力来控制汽车燃油经济性的方法也越来越多。例如,在车辆的设计中,每个车轮都有一个独立的压力传感器以探测压力并防止车轮过度磨损。汽车的液压系统由电动机、制动系统、车身控制系统、液压阀和其他元件组成。它们在运行过程中将产生大量的能量和热量传递给各个部件。为了使每个部件都能够持续运行,这些元件必须能够正确地响应每一个变化过程。这些元件和系统之间必须通过一系列软件进行通信。

溅射式压力传感器结构及工作原理

溅射式压力传感器结构及工作原理

电子技术发展日新月异,智能手机、平板电脑、消费电子产品等不断更新迭代。智能设备需要更高的性能和功能,要求传感器具有更高的灵敏度,并能够在恶劣环境中使用。当压力或温度超过一定范围时(如100℃),传感器会产生报警。压力值越大其信号越微弱,这是因为压力传感器产生信号的能量来源于压电陶瓷、电子泵和薄膜电极。本文将介绍一种基于电荷泵和薄膜电极的传感技术,利用离子溅射法将压电陶瓷(HF)水溶液溅射到半导体电荷中,通过其表面效应可以实现对固体材料中的压力检测。如图1所示为溅射式压力传感器结构及工作原理。

溅射式压力传感器结构及工作原理

1离子溅射

离子溅射法是在 HF表面上进行处理,溅射压电陶瓷时发生的化学反应(如图2所示),可以产生一个电压。离子作用于材料上(压电陶瓷表面)发生压电化反应:溅射 HF溶液时,形成电荷并由溅射的压电荷泵提供动力。当离子从溶液中转移到固态材料上时,其膜厚度与 HF压电性质有关。等离子体通过溅射环形成对界面电场的高电压,从而实现对压电陶瓷的传感。离子溅射后,薄膜会在其表面形成一层薄层。膜的薄程度和导电性决定了薄膜的界面行为以及半导体与 HF之间距离。

2电荷泵

通常,这种电荷泵由压电铝(HF)制成,并以压电陶瓷(HF)作为电极,压电玻璃(IGT)作为泵盖。当 HF被溅射到压电硅水溶液中时,其界面出现薄膜效应,其表面将与 HF表面相匹配,从而实现传感,其传感效果与压力值有关。在压力传感器中,膜片由电荷泵与薄膜电极组成,膜片组件和金属框架组成的框架支撑。这两个部分之间的间隙称为电荷间隙(称为 IGT间隙),可通过薄膜来控制。例如压力传感器中使用的 IGT间隙结构如图3所示。当流体流过压电线(PN线)时与 PN端子相连,由 PNTs产生正向压力信号。

3薄膜电极

由于薄膜电极有许多优点,因此用于检测的元件非常多,如图3所示的四种不同类型,分别用于测温和压力、电子泵和温度传感器。薄膜电极和电子泵均有各自的优势,但是如果将二者结合使用,可以实现更好的结果。电子泵是将电子泵与薄膜电极结合在一起用于测量压力的一种方法。电子泵通过电极将电子转移到薄膜电极上来达到测量压力的目的。半导体电荷为固体表面带来了“表面效应”,这种效应使其具有与水相同的导电能力。这使得它能够检测到被测物体中的细微运动。对于电子泵系统而言,该电压传感器通常是基于机械连接原理产生、并使用多个电极供电实现的(图4 B),而薄膜电极由于其特殊的电子连接方式(例如电容传感器形式)以及电子连接网络而在其他场合中广泛使用。

溅射薄膜压力传感器

金属溅射薄膜压力传感器结构与工作原理

半导体材料是继金属材料之后的又一种主要的半导体工艺材料,它是在高温高压条件下通过电极离子溅射(CVD)方式形成薄膜表面,从而在硅晶圆上形成电沉积层而制成的。由于电池组本身可以承受来自各方向的压力,因此溅射薄膜压力传感器在制造中被广泛应用于汽车、医疗电子、航空航天和国防等领域。本文主要介绍了溅射薄膜压力传感器原理、结构及应用场景。首先简单介绍一下电池组结构与工作原理:溅射离子产生的电场,能使晶体表面张力增加,从而使导电,利用这一原理可以制备出导电电压(V)传感器。

金属溅射薄膜压力传感器

一、结构与工作原理

在半导体元器件中,一般分为:

  • ①单晶硅:在晶片上沉积一层具有电荷的金属化合物,金属离子通过电场沉积在晶片上后,在其上形成缺陷区;
  • ②磷化铟(InP):在氧化物上形成导电氧化物层;
  • ③砷化镓(GaAs):利用其晶粒表面电场对电子进行选择性控制和收集电信号;
  • ④铟(InP):作为化合物中电子的主要成分之一;
  • ⑤铜(Si):铜线和导电铜线结合形成铜线,对电荷进行分离。

二、主要工作单元及测量原理

为了使金属溅射薄膜压力传感器工作更稳定,采用 CVD法形成薄膜表面,将 CVD电场涂覆在薄膜上,然后与薄膜和电极之间以较小的电流通过,从而实现了金属(IB)层的剥离。这种方法需要有足够强大的电流来将薄膜的压力提高10-100倍左右。其测量原理为:采用 IB层电压传感器在 IB层膜上刻蚀一小洞,然后利用两个电阻率值相减形成一个电路。由于电阻是由两个电流和电容产生所需的电势从而完成工作。

三、主要性能参数

电压: V,它是将被测物体对金属离子的电吸附特性与压力相互作用的结果。是影响感测电流密度的一个重要因素。电流密度大,则输出电压也大。电压的稳定性与电极质量有很大关系。

四、应用场景

  • 1、汽车:用于车身骨架、车身防撞条、安全带等部件;
  • 2、医疗:用于皮肤压力的检测;
  • 3、航空航天:用于航空航天设备的安全保护;
  • 4、国防:用于航空航天设备和武器上固定装备等领域。
柔性薄膜压力传感器

柔性薄膜压力传感器的应用

柔性薄膜压力传感器(SFRA)是指将压力传感器安装在可弯曲的压力表中,以检测压力信号的器件。SFRA是基于半导体材料中已知的弹性系数和弹性模量(例如应力和应变)来测量与传感器输入有关的力矩信号的电子装置。目前, SFRA已广泛用于各种用途。例如用于检测压力和位移加速度计和压力传感器的压力信号转换器。为了测试不同柔性薄膜压力传感器之间的差异,还需要进行校准。例如用光学和光电子传感器测量 SFRA表面和底面之间的压力;用硅微带光学传感器测量每个位置和角度上不同压力信号的传感器。

柔性薄膜压力传感器

1.在印刷电路板中, SFRA具有极高的柔性,同时还可以与印制电路板结合使用。

印刷电路板通过印刷在一层或多层 SFRA上并作为一个整体来进行设计。印刷电路板具有相同的几何形状和功能结构。SFRA将为板提供基本的力矩和加速度信号。如果电路板上存在一个或多个平面(如刚性印制板),则无法实现足够的刚度,从而影响 SFRAs性能和可靠性。因此,许多 SFRAs应用需要根据印制板中印刷压力和加速度传感器或其他元件而设计。

2.在可穿戴设备中, SFRA能够检测到人体任何部位发生的压力变动,包括关节和身体其他部位。

这种非接触的监测,包括压力监测,压力校准和压力监控。除了可以用于检测外, SFRA还可以用来测量人体的重力加速度。当外力施加到 SFRA上时, SFRA上的压力信号就会将人与外界环境交互。人体对外界的情绪是由人与自身身体环境产生的。当外部环境发生变化时(例如气温急剧变化),由于皮肤被拉起,皮肤内部会释放出大量能量。随着时间的推移这种能量和温度的积累会导致皮肤在一定时间内发生变形。当外部环境发生变化时(例如突然变冷、变热) SFRA上的压力信号就会使人体发生剧痛(如疼痛),从而影响人们对外界状态的感知,并影响整个健康状况。

3.在消费电子产品中,我们经常使用 SFRA来检测温度,位置和气压数值。

在压力传感器的应用中,许多温度传感器需要具有精确到毫秒的应变系数,因此必须具有低至0.1 Mpa的应变。其他温度传感器使用标准传感器,通常与温度传感器一起使用。这些温度传感器通常由热、化学介质和其他因素引起,这些因素通常对 SFRA器件产生不利影响。因此,它们通常需要具有较低至0.05 Mpa压力的新版本。除了温度传感器外,柔性薄膜压力传感器还用于气压传感器和气压放大器。使用高分辨率和低成本传感器和放大器可以为用户提供更好的稳定性和更大的范围。

柔性薄膜压力传感器

柔性薄膜压力传感器的量程选择方法

随着科学技术的不断发展,传感器已经从最简单的电阻、电容,发展到目前各种特殊的、功能多样的传感器。其中,传感器在测量过程中所需时间最短,精度最高,测量范围广,因此发展出了许多具有较高精度和应用范围广泛的传感器。由于受材料、工艺技术等因素的影响,传感器的精度和尺寸越来越小,并且由于薄膜材料本身含有弹性,导致其测量性能远远小于传统电阻型传感。因此采用多种方式来提高传感器的精度和体积非常重要。通常将柔性表面压力检测所需测量元件分为以下几类:基板材料为特殊半导体或有机薄膜类,如超薄碳化硅基板;用于检测弹性元件的压敏电阻、热敏或超声(超声波)压力;应用于弹性元件表面和基板表面的柔性压力检测薄膜材料以及利用高精度传感器的集成系统实现传感器性能测试等。柔性表面压力检测由于具有灵敏度高、体积小,无磁性等优点,成为一种应用广泛的电阻式传感技术。

柔性薄膜压力传感器的量程选择

1柔性传感器测量原理

在传感器的实际应用中,通常是利用柔性材料制成的柔性压力检测传感器,将传感器固定在基板表面上进行操作。通过改变不同类型的柔性材料对压敏胶体材料、温度、密度等参数的敏感性和容忍度,从而改变柔性薄膜和基板之间的压敏胶体尺寸。通常通过在基板表面均匀涂覆两层绝缘涂层、涂覆透明导电胶或者在基板上涂抹一定厚度的导电薄膜(如导电陶瓷)形成柔性薄膜来实现。使用这些方法可将测量误差减至最小。将所测得的数值转换成标准电压信号(通过计算机处理可得到其真实值)。通常将数字信号转换成标准电压信号时使用电压法求得的标准电压信号所需功率较大,通常选用电感耦合元件作为电压转换器。

2不同量程下的柔性压力

根据上述实验结果,为了提高传感器的测得压力的精度,需要对传感器的量程进行选择。例如,对于纳米硅基柔性薄膜压力传感器(BGP),其测得压力范围为0~0.05 MPa。由于 PI材质不具备与硅基材料相容的特性,所以选择量子点作为传感器的测量光标将使计算结果更加准确。但是量子点并不具有与硅基材料相容的特性,因此选择量程需要综合考虑 PI体系的物理性质、环境条件及工艺技术等因素,才能确定量程。另外在测量过程中要对薄膜材料、膜厚等进行严格控制,以免发生膜变形和破坏而影响性能。因此在考虑温度、光学性质时,应优先选择对 PI薄膜结构进行精确调控的最佳量程来获得较好的柔性压力信号。

3量程选择方法

为了获得较高的压力传感器精度,需要对影响传感器精度的因素进行考虑和分析,如温度因素,测量元件尺寸因素,测量装置质量因素,测试过程参数因素以及环境因素等。下面主要介绍一下影响因素对线性量程选择的影响。对于线性度敏感的薄膜压力传感器,如图3所示。由于柔性薄膜表面材料在不同种类和不同制备方法的影响下都有不同,因此线性量程选择主要通过测量元件质量分数对线性度敏感量进行计算。此外,测量原理不同还会对线性度敏感量产生影响。因此可根据测量误差不同进行选择不同量程。