[发明专利]热式压力传感器及柔性电子皮肤

摘要

本发明公开了一种热式压力传感器及柔性电子皮肤，热式压力传感器包括：基底，其上设有第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件，第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件之上覆盖有预设厚度的弹性膜；柔性电子皮肤包括：柔性基底，其上设有热式压力传感器阵列(包括m行n列个热式压力传感器)、热式流场传感器阵列(包括p行q列个热式流场传感器)和引线连线；热式压力传感器与热式流场传感器交错间隔排列；引线连线分别与热式压力传感器阵列和热式流场传感器阵列连接。热式压力传感器结构简单、可柔性、灵敏度高，压力测量范围和灵敏度方便可调；柔性电子皮肤集成了触感、温感、风感和附着物感等功能，结构简单、可大面积使用。 1

主权项

1.一种热式压力传感器，其特征在于，包括：

基底，所述基底上设有第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件，所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件之上覆盖有预设厚度的弹性膜；

所述第一热敏电阻元件，用于在被加热到高于环境温度的工作温度、且外界压力使得所述弹性膜发生形变时检测自身温度的变化，并将自身温度的变化转换为电阻变化信号，进而检测外界压力造成的所述弹性膜导热系数的变化；

所述第一温度补偿电阻元件，用于测量环境温度并对所述第一热敏电阻元件进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的热式压力传感器，其特征在于，还包括：

第一信号调理电路，分别与所述第一热敏电阻元件以及所述第一温度补偿电阻元件连接，用于调节所述第一热敏电阻元件的工作温度，以及将所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻变化信号转换为电压信号。

3.根据权利要求2所述的热式压力传感器，其特征在于，所述第一信号调理电路为恒流调理电路、恒压调理电路或恒温差调理电路。

4.根据权利要求3所述的热式压力传感器，其特征在于，所述恒温差调理电路，包括：惠斯通电桥和运算放大器；

所述惠斯通电桥的一个桥臂为所述热式压力传感器中的第一热敏电阻元件，该桥臂的相对桥臂为所述热式压力传感器中的第一温度补偿电阻元件，另外两个桥臂均为固定电阻；

所述惠斯通电桥的两输出节点与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端输出反馈至所述惠斯通电桥的桥顶，形成闭环反馈回路；

所述惠斯通电桥，还包括：与所述热式压力传感器中的第一温度补偿电阻元件串联的可调电阻，用于调节所述第一热敏电阻元件的工作温度，进而调节所述热式压力传感器的灵敏度和量程。

5.一种柔性电子皮肤，其特征在于，包括：

柔性基底，所述柔性基底上设有热式压力传感器阵列、热式流场传感器阵列和引线连线；

所述热式压力传感器阵列，包括：m行n列个热式压力传感器，m和n均为大于1的整数，所述热式压力传感器为权利要求1所述的热式压力传感器，所述热式压力传感器阵列中的基底为所述柔性基底；

所述热式流场传感器阵列，包括：p行q列个热式流场传感器，p和q均为大于1的整数；

所述热式压力传感器与所述热式流场传感器交错间隔排列，使得所述热式流场传感器阵列上表面形成在所述热式压力传感器的弹性膜之间纵横交叉的无弹性膜通道；

所述引线连线分别与所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感器阵列连接。

6.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述热式流场传感器，包括：

所述柔性基底，所述柔性基底上设有第二热敏电阻元件和第二温度补偿电阻元件，所述第二热敏电阻元件和第二温度补偿电阻元件之上覆盖有纳米厚度的保护层；

所述第二热敏电阻元件，用于在被加热到高于环境温度的工作温度、且外界流场经过所述热式流场传感器表面或者所述热式流场传感器表面粘有附着物时检测自身温度的变化，并将自身温度的变化转换为电阻变化信号；

所述第二温度补偿电阻元件，用于测量环境温度并对所述第二热敏电阻元件进行温度补偿。

7.根据权利要求6所述的柔性电子皮肤，其特征在于，在所述热式流场传感器阵列中，两个相邻的热式流场传感器中的第二热敏电阻元件采用互为垂直的热敏丝结构，用于测量柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向；

或者，

所述热式流场传感器中的第二热敏电阻元件，包括：

在所述柔性基底上设有圆形的热敏电阻区域，所述热敏电阻区域被均分为至少三个扇形区域，每一个所述扇形区域均布置有一个迂回结构的热敏电阻丝，以便所述热敏电阻丝均匀分布在所述扇形区域内，用于测量所述柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向。

8.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述引线连线为交叉网络结构，所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感器阵列的输入引线均通过横向连线与相邻传感器的输入引线连接，所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感器阵列的输出引线均通过纵向连线与相邻传感器的输出引线连接，横向输入连线和纵向输出连线采用双层布线结构，输入连线分布在一层，输出连线分布在另一层，双层连线结构之间采用绝缘层隔开；所述柔性电子皮肤工作时，采用输入连线和输出连线扫描顺序选通的方式，遍历阵列中的各个传感器，顺序输出各个传感器的信号。

9.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤，其特征在于，还包括：

第二信号调理电路，通过引线连线分别与所述热式压力传感器阵列以及所述热式流场传感器阵列连接，用于调节所述热式压力传感器阵列中的第一热敏电阻元件的工作温度，将所述热式压力传感器阵列中的第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻变化信号转换为电压信号，以及调节所述热式流场传感器阵列中的第二热敏电阻元件的工作温度，将所述热式流场传感器阵列中的第二热敏电阻元件和第二温度补偿电阻元件检测的电阻变化信号转换为电压信号。

10.根据权利要求9所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述第二信号调理电路为恒流调理电路或恒压调理电路。