基于静电感应的传感器和传感方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器，特别是涉及利用静电感应对物体的移动进行探测的传感器和传感方法。
【背景技术】
[0002]在微电子和材料技术高速发展的今日，大量新型具有多种功能和高度集成化的微型电子器件不断被开发出来，并在人们日常生活的各个领域展现出前所未有的应用前景。尽管，对于带电或不带电物体移动的传感有多种方法，例如激光传感等传感方法，现有的传感方法均需要为微型传感器提供匹配的电源，来驱动传感器工作。一般说来，这些微型传感器的电源都是直接或者间接来自于电池，电池不仅体积较大、质量较重，而且含有的有毒化学物质对环境和人体存在潜在的危害。受到传感器电源的这些限制，相应传感方法的应用范围较窄，不能够适用在环境恶劣的条件下，也难以长期独立工作；而且对于随机出现的工作需求，也需要长时间为传感器接通电源，不满足节约能源的要求。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种结构简单的基于静电感应的传感器，无需设置电源，利用静电感应原理，能够自主的感应物体的移动。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种基于静电感应的传感器，包括用于对被探测物体的移动进行传感的传感部件，
[0005]所述传感部件由一个第一电极层和与之配合的一个第二电极层组成，所述第一电极层和第二电极层分隔设置并且互相电连接；
[0006]当所述被探测物体相对所述传感部件的第一电极层移动，使所述被探测物体所带的电荷在所述第一电极层上的电势改变，在静电感应作用下电荷在第一电极层和第二电极层之间流动形成电流；
[0007]其中，所述被探测物体预先带有电荷，或者，通过与传感器接触和分离使所述被探测物体带有电荷。
[0008]优选的，所述被探测物体通过与所述第一电极层接触后分离或者互相滑动摩擦使接触面积发生变化而带有电荷。
[0009]优选的，所述第一电极层能够与被探测物体互相接触的表面的形状和尺寸相当。
[0010]优选的，所述传感部件的第一电极层与被探测物体互相滑动的表面为光滑平整表面，或者为凹凸结构的不平整表面。
[0011]优选的，所述第一电极层表面的凹凸结构为周期性凹凸结构。
[0012]优选的，所述第一电极层能够与被探测物体接触的表面的部分或者全部表面分布有微米或次微米量级的微结构；或者，所述第一电极层能够与被探测物体接触的表面经过化学改性处理。
[0013]优选的，还包括摩擦层，所述传感部件的第一电极层贴合在所述摩擦层的下表面；
[0014]其中，所述被探测物体预先带有电荷，或者，通过与所述摩擦层接触后分离或者互相滑动摩擦使接触面积发生变化而带有电荷。
[0015]优选的，所述摩擦层的材料为绝缘材料或者半导体；所述摩擦层的厚度范围在1nm到5_之间。
[0016]优选的，所述摩擦层与所述被探测物体能够互相接触的表面的形状和尺寸相当。
[0017]优选的，所述摩擦层与被探测物体互相滑动的表面为光滑平整表面，或者为凹凸结构的不平整表面。
[0018]优选的，所述摩擦层能够与被探测物体接触的表面的部分或者全部表面分布有微米或次微米量级的微结构；或者，所述摩擦层能够与被探测物体接触的表面经过化学改性处理。。
[0019]优选的，所述被探测物体不与所述传感部件接触，所述被探测物体为带电物体。
[0020]优选的，还包括隔离层，所述隔离层用于隔离所述传感部件的第一电极层以及第二电极层，使二者隔离开并且保持设定的相对位置。
[0021]优选的，所述隔离层的材料为绝缘体材料。
[0022]优选的，所述传感部件的第一电极层和第二电极层均镶嵌在所述隔离层中，至少第一电极层的上表面露出所述隔离层；
[0023]或者，所述隔离层将所述第一电极层和/或第二电极层全部包裹住；
[0024]或者，所述隔离层和所述传感部件的两个电极层按照层叠方式设置，传感部件的第一电极层和第二电极层分别设置在隔离层的上下表面。
[0025]优选的，所述绝缘材料可以为下列材料中的一种或几种:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-Co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、派瑞林、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、纸、棉及其织物、聚氨酯弹性体、木头、硬橡胶和醋酸酯。
[0026]优选的，所述半导体材料为下列材料中的一种或几种:硅、锗、第III和第V族化合物、第II和第VI族化合物、以及由II1- V族化合物和I1- VI族化合物组成的固溶体、非晶态的玻璃半导体、有机半导体，以及非导电性氧化物、半导体氧化物和复杂氧化物半导体。
[0027]优选的，所述第一电极层和第二电极层的材料为金属或铟锡氧化物ΙΤ0、FTO或导电高分子材料。
[0028]优选的，所述第一电极层和/或第二电极层为柔性材料。
[0029]优选的，所述第一电极层、第二电极层和/或摩擦层为柔性材料。
[0030]优选的，所述隔离层为柔性材料。
[0031 ] 相应的，本发明还提供一种基于静电感应的传感方法，应用上述任一项所述的传感器，包括步骤:
[0032]所述被探测物体相对于第一电极层移动，使被探测物体所带的电荷在第一电极层上的电势改变；在所述第一电极层与第二电极层之间产生电荷流动形成电流。
[0033]优选的，所述被探测物体相对于第一电极层移动，具体为被探测物体与第一电极层的表面发生接触后分离，使被探测物体带有电荷；
[0034]或者，所述被探测物体相对于第一电极层移动，具体为被探测物体与第一电极层的表面互相滑动摩擦，并且在滑动过程中使接触面积发生变化，使被探测物体表面带有的电荷；
[0035]或者，所述被探测物体相对于第一电极层移动，具体为被探测物体相对于第一电极层移动，并且始终不与第一电极层接触，所述被探测物体自身带有电荷。
[0036]与现有技术相比，本发明具有下列有益效果:
[0037]1、本发明提供的传感器中，被探测物体与传感部件的第一电极层或者附着在第一电极层上的摩擦层的表面互相接触摩擦或者是滑动摩擦，使被探测物体表面带有电荷，然后在被探测物体相对于第一电极层或者摩擦层的接触分离或者滑动摩擦两种相对运动模式下，使得被探测物体带有的电荷在第一电极层上的电势发生变化，导致传感部件的两个电极层之间有电荷流动，形成电流。或者，被探测物体本身带有电荷，不需要与传感部件中任何部分接触而与第一电极层的相对位置发生变化，也可以在静电感应作用下，导致传感部件的两个电极层之间有电荷流动，形成电流。因此，在被探测物体相对于第一电极层或者摩擦层运动时，传感部件的两个电极层不需要跟随被探测运动，两个电极层之间的距离或相对位置可以根据外电路连接的便利性或者工作环境等条件进行方便的设置，本发明的传感器使用范围广泛，克服了现有技术中需要为传感器提供外接电源的缺点，特别对于不方便经常更换电池的情况，本发明的传感器可以长时间的稳定工作。
[0038]2、被探测物体可以为半导体、绝缘体，甚至导体，只要被探测物体与传感部件接触的表面，例如第一电极层或者摩擦层，存在材料表面的得失电子能力差异，在被探测物体与传感部件接触后分离或者相对滑动摩擦时，传感器即可对被探测物体的移动进行传感。对于自身带有电荷的被探测物体，只要被探测物体带有的电荷对传感部件第一电极层的电势发生变化，传感器就可以对其移动进行传感。因此，本发明提供的传感器的应用范围广，可以适应不同材料的被探测物体。
[0039]3、在传感器的第一电极层上设置摩擦层，在传感过程中第一电极层不与被探测物体直接接触和互相滑动，避免了传感部件中电极层的磨损，极大的提高了传感器的使用耐久性。
[0040]4、可以在传感器中包括隔离层，将薄层状的两个电极层分别设置在隔离层的上下表面，这种多层结构不仅可以使传感器的结构更加紧凑，而且可以易于与与其他器件集成。
【附图说明】
[0041]通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。另外，虽然本申请提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，所有实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0042]图1为基于静电感应的传感器实施例一的典型结构TJK意图；
[0043]图2为被探测物体与实施例一的传感器接触分离进行传感的示意图；
[0044]图3为被探测物体与实施例一的传感器滑动摩擦进行传感的示意图；
[0045]图4为本发明传感器实施例一中第一电极层与被探测物体接触表面为凹凸不平结构的TJK意图；
[0046]图5为被探测物体与实施例一的传感器不接触，其电荷中心与传感器的距离改变进行传感的示意图；
[0047]图6为本发明传感器实施例二的结构和进行传感的示意图；
[0048]图7和图8为本发明传感器包括隔离层的结构示意图；
[0049]图9为本发明的传感器为层状结构示意图；以及
[0050]图10为一个具体传感器的工作时检测到的输出电压图谱。
【具体实施方式】
[0051]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基