多轴纸基加速度传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种多轴纸基加速度传感器。

背景技术：

加速度传感器是一种能够测量周围环境发生加速度变化的高灵敏度器件，也是汽车安全、智能产品、GPS导航以及航空等应用领域中重要部分。其主要以硅为基材，由质量块、弹性元件、阻尼器、敏感元件和适调电路等部分组成，将加速度信号转变为相应的电信号，可应用于多方向加速度大小的测量。但目前其需要通过光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀以及化学机械抛光等，甚至还采用微加工制造技术。加速度传感器的传统加工工艺过于复杂，如果加工过程中某个环节发生错误，往往造成所制备加速度传感器的灵敏度不高，甚至不能使用。同时，传统加速度传感器在制备过程中会对环境带来污染，并且昂贵的硅片基材也增加了其制造陈本，这些都造成了传统加速度传感器的可靠性不足以及成本增加。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、可靠性高、绿色环保以及低成本的多轴纸基加速度传感器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多轴纸基加速度传感器，包括单轴纸基加速度传感器和纸基制成的安装载体；所述单轴纸基加速度传感器配置有至少两个，各所述单轴纸基加速度传感器各自独立运行；所述安装载体上配置有两轴安装部或三轴安装部，两个所述单轴纸基加速度传感器固定在所述两轴安装部上；或三个所述单轴纸基加速度传感器固定在所述三轴安装部上。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述单轴纸基加速度传感器包括纸基载体、配置在纸基载体上的感应部，以及与所述感应部电性连接的信号输出部；所述感应部具有质量块和碳膜电阻，作用在所述质量块上的力经所述碳膜电阻转换成电信号，所述信号输出部将碳膜电阻转换输出的电信号输出至外部测量仪器。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述单轴纸基加速度传感器还包括信号转接部，所述信号转接部配置在纸基载体上，所述信号转接部电性连接碳膜电阻和信号输出部；所述信号转接部将碳膜电阻转换输出的电信号传输至信号输出部。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述信号转接部包括涂覆在纸基载体上的导电线，所述导电线的一端连接碳膜电阻，其另一端连接信号输出部；所述导电线的材料为导电胶带、金属薄膜、导电银浆或导电碳浆。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述单轴纸基加速度传感器还包括固定部，所述单轴纸基加速度传感器通过其固定部安装在所述安装载体的两轴安装部或三轴安装部上。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述碳膜电阻为涂覆在所述纸基载体上的碳膜，所述碳膜为“U”字形结构。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述碳膜的材料为石墨、石墨烯或碳纳米管。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述安装载体上还设有输出通孔，所述输出通孔配置在与两轴安装部或三轴安装部相邻位置的平面上；各所述单轴纸基加速度传感器的信号输出部均通过所述输出通孔连接外部测量仪器。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种多轴纸基加速度传感器的制备方法，包括，

基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成纸基安装载体；

基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成纸基载体，在所述纸基载体上制备单轴纸基加速度传感器；

取两个单轴纸基加速度传感器固定在纸基安装载体上；或者取三个单轴纸基加速度传感器固定在纸基安装载体上。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括制备单轴纸基加速度传感器的步骤包括，

在所述纸基载体上形成碳膜电阻和质量块，在纸基载体上形成信号转接部，在输出固定块上形成信号输出部，所述碳膜电阻通过信号转接部电性连接信号输出部。

本实用新型的有益效果：

其一、本实用新型的多轴纸基加速度传感器，由两个或者三个方向上的单轴纸基加速度传感器分别安装在纸基安装载体的两个或者三个相邻的平面上，形成两轴纸基加速度传感器(X轴和Y轴，或者X轴和Z轴，或者Y轴和Z轴)或三轴纸基加速度传感器(X轴、Y轴和Z轴)，该加速度传感器利用纸基易折叠变形的特点，能够降低制备工艺的难度，以及纸基的环保特性，相较于传统的硅基加速度传感器不影响其灵敏度的前提下降低了成本，同时不会对环境造成污染，绿色环保。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例中多轴纸基加速度传感器的结构示意图；

图2是图1所示多轴纸基加速度传感器的工作原理图；

图3是本实用新型优选实施例中单轴纸基加速度传感器的结构示意图；

图4是本实用新型优选实施例中纸基安装载体的平铺结构示意图。

图中标号说明：2-安装载体，4-单轴纸基加速度传感器，6-开口槽，8-纸基载体，10-信号输出部，12-质量块，14-碳膜电阻，16-信号转接部，18-固定部，20-输出通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1～4所示，本实施例公开一种多轴纸基加速度传感器，包括单轴纸基加速度传感器4和纸基制成的安装载体2。上述安装载体2基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成，本实施例技术方案中，优选使用低功率激光切割机切割，预先设计安装载体2的形状，以纸板为基材切割获得如图4所示的形状。理论上，所有类型、品种的纸均可用作安装载体2的基材，但，在所有品种的纸中，选用白卡纸制成的安装载体2性能最优，包括加速度传感器的灵敏度和精度，以及可靠性等。

本申请的多轴纸基加速度传感器最多的适用于两轴纸基加速度传感器(X轴和Y轴，或者X轴和Z轴，或者Y轴和Z轴)和三轴纸基加速度传感器(X轴、Y轴和Z轴)，裁切出来的安装载体2折叠成正六边形结构(包括正方体和长方体结构)。

如图2所示对应三轴纸基加速度传感器，取三个结构相同的单轴纸基加速度传感器分别安装在安装载体2的三个面上。对应二轴纸基加速度传感器，取二个结构相同的单轴纸基加速度传感器分别安装在安装载体2的二个面上。比如，对应X轴和Y轴纸基加速度传感器，两个单轴纸基加速度传感器分别固定在如图2所示安装载体的FX施力面和FY施力面，以此类推，两个单轴纸基加速度传感器安装在不同的两个面可以形成不同的两轴纸基加速度传感器。

为了便于安装单轴纸基加速度传感器，上述安装载体2在裁切成型时一体加工两轴安装部或者三轴安装部，对应两轴纸基加速度传感器，加工两轴安装部；对应三轴纸基加速度传感器加工三轴安装部。本实施例技术方案中，两轴安装部为分别开设在安装载体2两个面上的两个开口槽6，三轴安装部为分别开设在安装载体2三个面上的三个开口槽6，开口槽的尺寸和形状与单轴纸基加速度传感器相同。

作为本实用新型的进一步改进，如图3所示，上述单轴纸基加速度传感器4包括纸基载体8、配置在纸基载体8上的感应部，以及与上述感应部电性连接的信号输出部10；上述感应部具有质量块12和碳膜电阻14，作用在上述质量块12上的力经上述碳膜电阻14转换成电信号，上述信号输出部10将碳膜电阻14转换输出的电信号输出至外部测量仪器。

本实施例技术方案中，上述纸基载体8基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成，优选使用低功率激光切割机切割，以纸板为基材切割获得纸基载体8。理论上，所有类型、品种的纸均可用作纸基载体8的基材，但，在所有品种的纸中，选用白卡纸制成的纸基载体8性能最优，包括加速度传感器的灵敏度和精度，以及可靠性等。

上述质量块12基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成，优选使用低功率激光切割机切割，以纸板为基材切割获得质量块12。理论上，所有类型、品种的纸均可用作质量块12的基材，但，在所有品种的纸中，选用白卡纸制成的质量块12性能最优，包括加速度传感器的灵敏度和精度，以及可靠性等。

具体的，上述质量块12配置在纸基载体10的一端，碳膜电阻14靠近质量块12配置。质量块12优选粘胶固定在纸基载体10纱管，上述碳膜电阻14为涂覆在上述纸基载体10上的碳膜，上述碳膜为“U”字形结构，上述碳膜的材料为石墨、石墨烯或碳纳米管。

当外界实力于质量块12上时，碳膜电阻14表面上因集中应力而发生弯曲变形，从而使自身电阻值发生变化，电阻值变化经信号输出部10输出至外部测量仪器中，将电阻值变化转换成电压信号，该电压信号被实时测量与显示。这种输出电压值变化的强弱与外界施力的大小有关，而外界施力的大小与质量块12的加速度大小(F＝Ma，F为外界施力值，M为质量块12的质量，a为加速度)密切相关，以此实现加速度传感器监测加速度变化的功能。

为了提高纸基加速度传感器的灵敏度，上述单轴纸基加速度传感器4还包括信号转接部16，上述信号转接部16配置在纸基载体8上，上述信号转接部16电性连接碳膜电阻14和信号输出部10；上述信号转接部16将碳膜电阻14转换输出的电信号传输至信号输出部10。上述信号转接部16包括涂覆在纸基载体上的导电线，上述导电线的一端连接碳膜电阻14，其另一端连接信号输出部10；上述导电线的材料为导电胶带、金属薄膜、导电银浆或导电碳浆。

为了方便安装单轴纸基加速度传感器，上述单轴纸基加速度传感器4还包括固定部18，上述单轴纸基加速度传感器4通过其固定部18安装在上述安装载体2的两轴安装部或三轴安装部上。上述单轴纸基加速度传感器4安装时，单轴纸基加速度传感器4整体嵌设在安装载体2的开口槽内，通过固定部18固定在安装载体2上，此处，固定部18优选使用螺纹固定的方式固定在安装载体2上。

上述安装载体2上还设有输出通孔20，上述输出通孔20配置在与两轴安装部或三轴安装部相邻位置的平面上；各上述单轴纸基加速度传感器4的信号输出部10均通过上述输出通孔20连接外部测量仪器。安装载体2上的各个单轴纸基加速度传感器4的信号输出部16均从输出通孔20中引出外接测量仪器，以此统一归置。

以上结构的多轴纸基加速度传感器，其制备方法包括以下步骤：

基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成纸基安装载体；优选使用低功率激光切割机切割，预先设计安装载体2的形状，以纸板为基材切割获得如图4所示的形状。具体的，利用低功率的激光切割机切割出如图4所示的安装载体的平面结构，并通过一系列折叠而成正方体形状的安装载体2。

基于裁切、冲压或者激光切割工艺制成纸基载体8，优选使用低功率激光切割机切割，以纸板为基材切割获得纸基载体8。在上述纸基载体8上制备单轴纸基加速度传感器；制备单轴纸基加速度传感器的步骤包括，在上述纸基载体上形成碳膜电阻和质量块，在纸基载体上形成信号转接部，在输出固定块上形成信号输出部，上述碳膜电阻通过信号转接部电性连接信号输出部。

具体的，在纸基载体8上粘胶固定质量块12与碳膜掩模片，然后用毛刷在碳膜掩模片上均匀涂敷碳墨，涂敷后放置一段时间，用镊子夹取纸基载体8表面上的碳膜掩模片，形成碳墨电阻。同样，在纸基载体8上用毛刷均匀涂敷银浆，形成银导线连接碳墨电阻和信号输出部，等银浆风干后，银导线牢牢固定在纸基载体8上。

取两个单轴纸基加速度传感器固定在纸基安装载体上，制备获得两轴纸基加速度传感器；或者取三个单轴纸基加速度传感器固定在纸基安装载体上，制备获得三轴纸基加速度传感器。

以上，本实用新型的多轴纸基加速度传感器，由两个或者三个方向上的单轴纸基加速度传感器分别安装在纸基安装载体的两个或者三个相邻的平面上，形成两轴纸基加速度传感器(X轴和Y轴，或者X轴和Z轴，或者Y轴和Z轴)或三轴纸基加速度传感器(X轴、Y轴和Z轴)，该加速度传感器利用纸基易折叠变形的特点，能够降低制备工艺的难度，以及纸基的环保特性，相较于传统的硅基加速度传感器不影响其灵敏度的前提下降低了成本，同时不会对环境造成污染，绿色环保。

本实用新型的多轴纸基加速度传感器制备方法，制备的多轴加速度传感器利用纸基易折叠变形的特点，能够降低制备工艺的难度，以及纸基的环保特性，能够降低制备成本，同时不会对环境造成污染，绿色环保。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。