压力传感器和可穿戴设备的制作方法

本申请涉及传感器领域，具体而言，涉及一种压力传感器和可穿戴设备。

背景技术：

用于智能可穿戴电子设备的压力传感器已有相关报道。其主要的局限性在于压力开关导通压强单一，无法应用于多个导通压力阈值的应用场景；并且，这些压力传感器的输出信号连续模拟信号，需进行模数转换转换为数字信号才能进行后续的信号处理。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种压力传感器和可穿戴设备，以解决现有技术中的压力传感器无法应用于多个导通压力阈值场景的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种压力传感器，该压力传感器包括：电路板，包括电极区域，上述电极区域包括间隔设置的多个电极对；导电弹性结构，设置在上述电路板的一侧，包括第一区域，上述第一区域包括导电部，当未向上述导电弹性结构施加压力时，上述导电部与各上述电极对处于隔离状态，使得各上述电极对处于断开状态，当向上述导电弹性结构施加大于导通压力阈值的压力时，上述导电弹性结构发生形变，使得上述导电部与至少一个上述电极对接触，使得至少一个上述电极对导通，不同的上述电极对的导通压力阈值不同。

进一步地，上述电极区域位于上述电路板的中心区域，上述电极区域在与上述电路板的厚度方向垂直的第一平面的投影位于上述导电部在上述第一平面的投影的内部或与上述导电部在上述第一平面的投影重合。

进一步地，上述电极区域包括多个阴极与多个阳极，上述阴极与上述阳极一一对应，且一个上述阴极与对应的上述阳极形成一个上述电极对；或者上述电极区域包括一个阴极与多个阳极，一个上述阴极分别与多个上述阳极形成上述多个上述电极对；或者上述电极区域包括一个阳极与多个阴极，一个上述阳极分别于多个上述阴极形成上述多个上述电极对。

进一步地，上述电极区域包括N个上述电极对，其中，第X-1个上述电极对在上述电极区域的投影位于第X个上述电极对在上述电极区域的投影的内部，且第X+1个上述电极对中的上述阴极位于第X个上述电极对的上述阴极的远离第X-1个上述电极对的上述阴极的一侧，且第X+1个上述电极对中的上述阳极位于第X个上述电极对的上述阳极的远离第X-1个上述电极对的上述阳极的一侧。

进一步地，各上述阴极与各上述阳极包括弧段、竖直段以及连接在上述弧段与上述竖直段之间的倾斜段。

进一步地，上述电极区域包括一一对应的上述阴极与上述阳极，各上述阴极或各上述阳极的上述倾斜段在同一条直线上。

进一步地，各上述阴极与各上述阳极依次包括第一水平段、第一垂直段、第二水平段以及第二垂直段，其中，上述第一水平段与上述第二水平段平行，上述第一垂直段与上述第二垂直段平行，且上述第一垂直段连接在上述第一水平段与第二水平段之间，上述第二水平段连接在上述第一垂直段与上述第二垂直段之间。

进一步地，各上述电极对包括一一对应的上述阴极与上述阳极，各上述阴极或各上述阳极的上述第二水平段在同一条直线上。

进一步地，上述第一区域包括多个第一子区域，上述电极区域包括多个电极子区域，上述第一子区域与上述电极子区域一一对应设置，且当未向上述导电弹性结构施加压力时，不同的上述第一子区域与对应位置的上述电极子区域之间的间距不同。

进一步地，上述电路板还包括围绕上述电极区域设置的非电极区域，上述导电弹性结构还包括围绕上述第一区域设置的第二区域，上述压力传感器还包括：连接部，设置在上述非电极区域与上述第二区域之间，用于固定连接上述非电极区域与上述第二区域。

进一步地，上述连接部为压敏性胶粘带。

进一步地，上述电路板还包括围绕上述电极区域设置的非电极区域，上述压力传感器还包括：弹性固定件，设置在上述非电极区域上且围绕上述导电弹性结构，用于固定上述导电弹性结构与上述电路板。

进一步地，上述弹性固定件为弹性固定圈。

根据本申请的另一方面，提供了可穿戴设备，包括压力传感器，该压力传感器为任一种上述的压力传感器。

应用本申请的技术方案，本申请中的压力传感器的电路板包括多个电极对，不同的电极对对应的导通压力阈值不同，即向导电弹性结构施加不同的压力(该压力大于导通压力阈值)时，不同的电极对导通，例如当电路板包括三个电极对，分别为第一电极对、第二电极对与第三电极对，这三个电极对对应第一导通压力阈值、第二导通压力阈值与第三导通压力阈值，当向导电弹性结构施加的压力小于第一导通压力阈值时，导电弹性结构发生形变，但不足以让导电区域与任何一个电极对接触，即三个电极对均不导通，当施加的压力大于第一导通压力阈值且小于第二导通压力阈值时，导电弹性结构发生形变使得第一电极对与导电区域接触，进而使得第一电极对导通，当压力逐渐增大且介于第二导通压力阈值与第三导通压力阈值之间时，导电弹性结构的形变逐渐增大，使得第二电极对与导电区域接触，进而使得第二电极对也导通，当压力继续增大且大于第三导通压力阈值时，导电弹性结构的形变进一步增大，使得第三电极对与导电区域接触，进而使得第三电极对也导通。通过对导电弹性结构施加的压力逐渐增大时，依次导通不同的电极对，进而能够应用于多个导通压力阈值的场景。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例提供的压力传感器的结构示意图；

图2示出了本申请的另一种实施例提供的压力传感器在不同工作状态时的结构示意图；

图3示出了本申请的再一种实施例提供的压力传感器在不同工作状态时的结构示意图；

图4示出了本申请的又一种实施例提供的压力传感器在不同工作状态时的结构示意图；

图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)、图5(e)与图5(f)示出了本申请的六种实施例提供电路板的结构示意图；以及

图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)与图6(e)示出了本申请的五种实施例提供的导电弹性结构的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、电路板；2、导电弹性结构；3、连接部；4、弹性固定件；11、电极区域；12、非电极区域；21、第一区域；22、第二区域；10、电极对；101、阴极；102、阳极；01、弧段；02、倾斜段；03、竖直段；04、第一水平段；05、第一垂直段；06、第二水平段；07、第二垂直段；210、第一子区域；110、电极子区域。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的压力传感器无法应用于多个导通电压阈值的场景，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种压力传感器和可穿戴设备。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种压力传感器，如图1所示，该压力传感器包括：电路板1，包括电极区域11与导电弹性结构2，其中，上述电极区域11包括多个间隔设置的电极对10；导电弹性结构2设置在上述电路板1的一侧，包括第一区域21，上述第一区域21包括导电部，如图2至图4示出了本申请的压力传感器在不同状态(未施加压力以及施加不同的压力对应的状态)时的结构示意图，当未向上述导电弹性结构2施加压力时，上述导电部与各上述电极对10处于隔离状态，使得各上述电极对10处于断开状态，当向上述导电弹性结构2施加大于导通压力阈值的压力时，上述导电弹性结构2发生形变，上述导电部与至少一个上述电极对10接触，使得至少一个上述电极对10导通，不同的上述电极对10的导通压力阈值不同。

上述的压力传感器的电路板包括多个电极对，不同的电极对对应的导通压力阈值不同，即向导电弹性结构施加不同的压力(该压力大于导通压力阈值)时，不同的电极对导通，例如当电路板包括三个电极对，分别为第一电极对、第二电极对与第三电极对，这三个电极对对应第一导通压力阈值、第二导通压力阈值与第三导通压力阈值，当未向导电弹性结构施加压力时，导电弹性结构未发生形变，导电弹性结构的导电部与电极区域中的各电极对处于隔离状态，压力传感器处于断路状态，当向导电弹性结构施加的压力小于第一导通压力阈值时，导电弹性结构发生形变，但不足以让导电区域与任何一个电极对接触，即三个电极对均不导通，当施加的压力大于第一导通压力阈值且小于第二导通压力阈值时，导电弹性结构发生形变使得第一电极对与导电区域接触，进而使得第一电极对导通，当压力逐渐增大且介于第二导通压力阈值与第三导通压力阈值之间时，导电弹性结构的形变逐渐增大，使得第二电极对与导电区域接触，进而使得第二电极对也导通，当压力继续增大且大于第三导通压力阈值时，导电弹性结构的形变进一步增大，使得第三电极对与导电区域接触，进而使得第三电极对也导通。

通过对导电弹性结构施加的压力逐渐增大时，依次导通不同的电极对，进而使得该压力传感器能够应用于多个导通压力阈值的场景。当压力撤除时，导电弹性结构复位，电极对与导电部恢复隔离的状态。

另外，压力传感器的导通压力阈值的范围以及导通压力阈值的阶跃精度(即相邻电极对对应的两个导通压强阈值之间的差值)可以通过电路板上的电极对中的电极的形状、大小、高低、密度及分布来调节。另外，还可以通过改变导电弹性结构的电学性能、力学性能及几何结构来调节压力传感器的压强测量范围、重复性及迟滞。

并且，现有技术中的压力传感器输出的信号为连续模拟信号，这些模拟信号需模数转换变成数字信号才能方便后续数据的处理，而本申请中的压力传感器输出的信号本身就是阶跃式信号，无需进行模数转换就可方便进行后续的数字化处理，可以简化后续的信号处理系统。

本申请中的导电弹性结构可以包括由导电材料形成的导电层与由弹性材料形成的弹性体，其中，导电层作为导电部，具体地，导电层通过层压、涂覆、粘合、注塑或共混等成型加工工艺与弹性材料复合形成导电弹性结构，另外，可以根据实际情况选择不同电阻率的材料。

本申请中的导电弹性结构还可以包括由导电材料与弹性材料形成的复合材料的导电部，具体可以通过共混、层压、涂覆、粘合或注塑形成弹性导电结构。

本申请中的导电弹性结构中的弹性材料可以是聚氨酯树脂、聚氨酯软泡、硅橡胶、聚丙烯酸树脂、弹性嵌段共聚物与弹性金属中一种或多种，上述弹性导电结构具有优良的回弹性、耐疲劳性以及机械性能；上述导电弹性结构可以通过结构设计、电学性能和力学性能来调整压力传感器的导通压力阈值范围、重复性和迟滞。

本申请中的电路板可为柔性电路板、非柔性电路板或带有印刷导电层的薄膜或板材。电路板包括电极区域，电极区域包括电极对，通过调整电极对中电极的宽窄、密度、分布及厚度来调节导通压力阈值的范围以及相邻的电极对对应的导通压力阈值之间的差值。另外，本领域技术人员可以根据实际情况选择不同电阻率的导电材料形成电极对中的电极。

本申请中的导电部与电极区域在第一平面上的投影只要满足“有重合的部分，并且该重合的部分对应的电极区域必须包括至少两个电极对”即可，这样才可以实现多个导通压力阈值场景的应用。

具体地，在满足上述条件的基础上，导电部与电极区域在第一平面上的投影的面积的大小可以根据实际情况具体设置。例如导电部在第一平面上的投影面积可以小于电极区域在第一平面上的投影的面积，也可以大于电极区域在第一平面上的投影的面积。

为了实现电极区域中的各电极对均导通，进一步保证该压力传感器可以应用在多个导通电压阈值的场景中。本申请的一种实施例中，如图2所示，上述电极区域11位于上述电路板1的中心区域，上述电极区域11在第一平面的投影位于上述导电部在上述第一平面的投影的内部或与上述导电部在上述第一平面的投影重合，第一平面为与上述电路板1的厚度方向垂直的平面。

需要说明的是，本申请中的每个电极对对应两个电极，一个阴极，一个阳极，并且，电极区域中的多个电极对中的阳极与阴极并不一定是一一对应的，即阴极与阳极的数目不一定相同，还可以是一对多，即一个阳极对应多个阴极或一个阴极对应多个阳极，例如电极区域中包括五个阴极与一个阳极，这一个阳极与五个阴极中的每一个都形成一个电极对，进而形成该电极区域中的五个电极对；还可以是多对多，即多个阳极对应多个阴极，例如电极区域包括两个阴极与四个阳极，其中，每个阴极对应两个阳极，每个阴极与对应的阳极形成一个电极对，进而形成该电极区域中的四个电极对。

本申请的一种实施例中，如图5(a)、图5(c)、图5(d)与图5(e)所示，上述电极区域包括多个阳极102与多个阴极101，且阳极102与上述阴极101一一对应，且一个上述阳极102与对应的上述阴极101形成一个电极对10。

本申请的另一种实施例中，上述电极区域包括一个阴极与多个阳极，一个上述阴极分别与多个上述阳极形成上述多个电极对，或者上述电极区域包括一个阳极与多个阴极，一个上述阳极分别于多个上述阴极形成上述多个电极对，图5(b)示出的是一个阳极102对应多个阴极101的情况。

本申请的一种具体的实施例中，如图5(a)至图5(f)所示，上述电极区域11包括N个上述电极对10，分别是第一个电极对、第二个电极对、…第X-1个电极对、第X个电极对、第X+1个电极对…第N个电极对，各上述电极对10包括一个阴极101与一个阳极102，第X-1个上述电极对10在上述电极区域11的投影位于第X个上述电极对10在上述电极区域11的投影的内部，且第X+1个上述电极对10中的阴极101位于第X个上述电极对10的阴极101的远离第X-1个上述电极对10的阴极101的一侧，且第X+1个上述电极对10中的阳极102位于第X个上述电极对10的阳极102的远离第X-1个上述电极对10的阳极102的一侧。这样将电极对依次远离电极区域的中心设置且将各电极对阴极与阳极分别设置在该中心的两侧，当对导电弹性体施加的压力逐渐增大时，电极对依次导通，进一步确保了该压力传感器能够应用于多个导通压力阈值的场景中。

本申请的另一种实施例中，如图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)与图5(e)所示，各上述阴极101与各上述阳极102包括弧段01、竖直段03以及连接在上述弧段01与上述竖直段03之间的倾斜段02。

为了简化该压力传感器的制作工艺，本申请的一种实施例中，当上述电极区域包括一一对应的上述阴极与阳极时，各上述阴极或各上述阳极的上述倾斜段在同一条直线上，如图5(a)、图5(c)与图5(e)示出了各阴极101的倾斜段02在同一条直线上的情况；图5(d)示出了各阳极102的倾斜段02在同一条直线上的情况。

但是，上述的阴极与阳极并不一定限于均具有弧段、倾斜段以及竖直段的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择二者的具体结构，可以均具有上述的结构，也可以均不具有上述的结构，也可以是其中的一个具有上述结构。

本申请中的另一种实施例中，如图5(f)所示，上述各上述阴极101与各上述阳极102依次包括第一水平段04、第一垂直段05、第二水平段06以及第二垂直段07，其中，上述第一水平段04与上述第二水平段06平行，上述第一垂直段05与上述第二垂直段07平行，且上述第一垂直段05连接在上述第一水平段04与第二水平段06之间，上述第二水平段06连接在上述第一垂直段05与上述第二垂直段07之间。

为了简化该压力传感器的制作工艺，本申请的一种实施例中，当上述电极区域包括一一对应的上述阴极与阳极时，各上述阴极或各上述阳极的上述第二水平段在同一条直线上，图5(f)示出了各阳极102的第二水平段06在同一条直线上。

当然，阴极与阳极并不一定限于均具有第一水平段、第一垂直段、第二水平段以及第二垂直段的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择二者的具体结构，可以均具有上述的结构，也可以均不具有上述的结构，也可以是其中的一个具有上述结构。

本申请的再一种实施例中，如图2所示，上述电路板1还包括非电极区域12，上述非电极区域12围绕上述电极区域11设置。非电极区域的设置方便电路板与导电弹性结构的固定。

本申请的电路板包括基底与设置在基底中或者基底表面上的多个电极对，多个电极对间隔设置，且多个电极对所在的区域即为电极区域。本申请中的电路板中除了电极的结构以及设置方式与现有技术中的不同之外，电路板的其他的特征，比如电极的材料以及基底的材料均与现有技术中的相同，此处就不再赘述了。

本申请中的导电弹性结构的形状可以是任何可以实现本申请的技术效果的形状，可以是圆柱体、长方体或者不规则的形状。本领域技术人员可以根据实际情况设置合适形状的导电弹性结构。

本申请的一种实施例中，如图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)与图6(e)所示，上述第一区域21靠近上述电极区域11的表面为曲面或平面，上述第一区域21的远离上述电极区域11的表面为曲面或平面。

本申请中的另一种实施例中，如图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)与图6(e)所示，上述第二区域22靠近上述电路板的表面突出于第一区域靠近电路板的表面，上述第一区域21的远离上述电极区域11的表面突出于上述第二区域22的远离上述电极区域11的表面。

为了更好地将上述弹性导电结构固定在上述电路板上，本申请的一种实施例中，如图2与图4所示，上述导电弹性结构2还包括围绕上述第一区域21设置的第二区域22，当未向上述导电弹性结构2施加压力时，在上述电路板1的厚度方向上，上述第一区域21的靠近上述电极区域11的表面与上述电路板1之间的距离为D₁，上述第二区域22的靠近上述电极区域11的表面与上述电路板1之间的距离为D₂，D₁>D₂。

本申请的又一种实施例中，如图3与图4所示，上述第一区域21包括多个第一子区域210，且当未向上述导电弹性结构2施加压力时，不同的上述第一子区域210与对应位置的电极区域11之间的间距不同，这里的“对应位置”就是指正对下方的。

为了更好地控制多个电极对的导通，本申请的一种实施例中，如图3与图4所示，上述电极区域11包括多个电极子区域110，上述第一子区域210与上述电极子区域110一一对应设置，且不同的上述第一子区域210与对应位置的上述电极子区域110之间的间距不同，这里的“对应位置”就是指正对下方的。

由于电极对可以是设置在基底的表面上，也可以是设置在基底中，因此，上述的电极子区域可以是只包括电极的区域，也可以是包括基底与电极的区域。当是只包括电极的区域时，通过将电极设置为不同的厚度进而实现与电路板或者第一子区域之间的间距不同，如图5(d)与图5(e)所示。

另外需要说明的是，包括电极子区域的压力传感器并不一定包括第一子区域，也可以不包括第一子区域，第一子区域与电极子区域均可以单独存在于压力传感器中，也可以同时存在于压力传感器中，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。

为了更好地将导电弹性结构固定在电路板上，本申请的一种实施例中，如图2与图4所示，上述压力传感器还包括连接部3，设置在上述非电极区域12与上述第二区域22之间，用于固定连接上述非电极区域12与上述第二区域22。

本申请中的连接部的材料可以是金属材料、有机材料和/或无机非金属材料，连接件使电路板与导电弹性结构连接的方式可为粘接、榫接、焊接、铰接、锁扣以及螺纹连接中的一种或多种。

为了以简单的方式实现电路板与导电弹性结构连接，上述连接部的原料为高分子材料，上述连接方式为粘接。具体的连接部可选用溶剂型胶粘带、乳液型胶粘带、热熔型胶粘带、压敏型胶粘带、压延型胶粘带或反应型胶粘带。

本申请的另一种实施例中，上述连接部为压敏性胶粘带，这样可以更进一步确保导电弹性结构与电路板的连接的可靠性。

为了进一步使得压力传感器中的电路板、导电弹性结构牢固地连接在一起，且进一步保证增强压力传感器的抗剪切性能、抗冲击性能以及疲劳性能。本申请的一种实施例中，如图1与图2所示，上述压力传感器还包括弹性固定件4，弹性固定件4设置在上述非电极区域12上且围绕上述导电弹性结构2，用于固定上述导电弹性结构2与上述电路板1。

上述弹性固定件的材料可选用丙烯酸树脂、环氧树脂、热熔胶、不饱和聚酯、室温硫化硅橡胶与高温硫化硅橡胶中的一种或多种。

为了简化工艺，本申请中的一种实施例中，弹性固定件的材料选择室温硫化硅橡胶，该材料可通过点胶、涂覆、粘合、注塑等工艺复合到导电板上且围绕弹性导电结构。

本申请的再一种实施例中，如图1所示，上述弹性固定件4为弹性固定圈。弹性固定圈结构简单，安装方便。

本申请中的压力传感器的制作方法可以是任何可以得到该压力传感器的方法，具体的一种实施例中，压力传感器的制备方法包括以下步骤：将导电层与弹性体材料经过成型加工工艺制备成到点弹性结构；当采用粘结的方式将导电弹性结构与电路板固定连接时，在粘结后，对弹性导电结构施加一定时长的法向压力(平行电路板的厚度方向)，以增加粘合强度，采用连接件将导电弹性结构与电路板固定连接。

另一种具体的实施例中，上述制作方法还包括将上述弹性固定件的材料经工艺复合到导电弹性结构的周围且位于电路板上。

本申请的再一种典型的实施方式中，提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括压力传感器，上述压力传感器为任一种上述的压力传感器。

该可穿戴设备具有多个导通压力阈值，使得其的实用性更强，且该可穿戴设备中的压力传感器的输出信号由于是阶跃式信号，所以后期不需要经过模数转换，使得该设备中的信号处理装置更简单。

具体地，该可穿戴设备可以是智能鞋、智能鞋垫、智能袜子、智能坐垫以及智能服装等可穿戴智能纺织品。但是并不限于上述提到的这些可穿戴设备，本领域技术人员可以根据实际情况将上述压力传感器应用在任何可以应用的领域中。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请中的压力传感器能够应用于多个导通压力阈值的场景，且压力传感器输出的信号本身就是阶跃式信号，无需进行模数转换就可方便进行后续的数字化处理，可以简化后续的信号处理系统。

2)、本申请的可穿戴设备具有多个导通压力阈值，使得其的实用性更强，且该可穿戴设备中的压力传感器的输出信号由于是阶跃式信号，所以后期不需要经过模数转换，使得该设备中的信号处理装置更简单。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。