一种新型柔性振动传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新型传感技术领域，尤其是一种新型柔性振动传感器。
【背景技术】
[0002] 传感技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一，从宇宙探索到海洋开发，从 生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。力敏传感器 的应用非常广泛，遍布航空航天、电子电气、机械、建筑、医疗等领域，柔性力敏传感器因能 方便地贴附于各种复杂不规则的表面上，正越来越受到人们的重视，力敏传感器按传感原 理分有压阻、压电和压容三种，因压阻式柔性力敏传感器仅需力敏复合材料作为传感单元， 具有电极布置灵活，无需复杂的传感结构，工艺简单，成本低等特点，更是人们优先发展的 对象。
[0003] 目前制造压阻式柔性力敏传感器的柔性敏感材料主要有两类，一是在聚对苯二甲 酸乙二醇酯（PET)、聚二甲基硅氧烷（PDMS)等柔性衬底上用导电纳米粒子（碳纳米管、银 纳米线等）制成敏感薄膜，二是将导电填料（碳黑、碳纳米管、银纳米线等）采用物理或化 学方法与聚合物基体复合得到聚合物基力敏复合材料。敏感薄膜型灵敏度高，但对导电粒 子纯度要求较高，而且制作工艺复杂，应用范围较窄；聚合物基力敏复合材料灵敏度底于 前者，但工艺简单，对导电填料纯度、缺陷等没有严格的要求。这两类压阻式柔性力敏传感 器响应频率都较低，只能用于静态测量（如压力检测）及较低频率的动态测量（如脉搏检 测），不能用于高频的动态测量（如高频振动、超声波、冲击波），而能测量高频的动态信号 的压阻式柔性力敏传感器的应用将更广泛。
【发明内容】
[0004] 本发明所解决的技术问题在于提供一种新型柔性振动传感器，用于解决现有各类 柔性压阻传感器频响较低的问题，使其不仅能够测量静态信号及较低频率的动态信号，同 时还能测量高频的动态信号，具有宽频谱、制备方法简单经济、操作方便、测试安装简易等 优点。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0006] -种新型柔性振动传感器，包括三维石墨烯和弹性高分子基体，所述三维石墨烯 被包覆在弹性高分子基体内部，三维石墨烯的两端设置有导线并穿出弹性高分子基体，导 线通过银胶与三维石墨稀连接。
[0007] 进一步的，本发明的新型柔性振动传感器，所述三维石墨烯是利用化学气相沉积 法在泡沫镍模板上生长，经过盐酸刻蚀并干燥后得到的。
[0008] 进一步的，本发明的新型柔性振动传感器，所述弹性高分子基体为聚二甲基硅氧 烷。
[0009] 进一步的，本发明的新型柔性振动传感器，所述弹性高分子基体为热塑性聚氨酯 弹性体橡胶。
[0010] 进一步的，本发明还提出了一种测量外界信号的串联测试电路，包括直流稳压电 源、标准电阻、示波器，以及前述的新型柔性振动传感器，其中，直流稳压电源、标准电阻和 新型柔性振动传感器串联连接，示波器连接在新型柔性振动传感器的两端。
[0011] 进一步的，本发明还提出了一种测量外界信号的差分锁相电路，包括直流稳恒电 流源、可变电阻、锁相放大器、第一至第三差分放大器，以及前述的新型柔性振动传感器，其 中，直流稳恒电流源、可变电阻和新型柔性振动传感器串联连接，第一差分放大器的同相输 入端和反相输入端接在可变电阻的两端，第二差分放大器的同相输入端和反相输入端接在 新型柔性振动传感器的两端，第一差分放大器和第二差分放大器的输出端分别接在第三差 分放大器的同相输入端和反相输入端，第三差分放大器的输出端与锁相放大器连接。
[0012] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0013] 1、本发明的新型柔性振动传感器将三维石墨烯复合在弹性高分子基体内部作为 传感单元，具有较宽的频谱，可同时测量低频和高频动态信号，具有非常广泛的应用；
[0014] 2、采用本发明的新型柔性振动传感器只需检测电阻值就能反应出信号的变化，因 此具有使用简单、成本低、检测速度快、测试精度高、操作方便等优点；
[0015] 3、本发明的新型柔性振动传感器只通过压阻效应就能同时测量静态信号、高频和 低频动态信号；
[0016] 4、本发明的新型柔性振动传感器的测试电路采用差分放大提高了测试精度，采用 锁相放大提高了测试信号的信噪比。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的新型柔性振动传感器的结构示意图；
[0018] 图2中：(a)为本发明的新型柔性振动传感器的实物图，（b)至（f)为三维石墨烯 不同放大倍率的电子扫描显像图，（c)为（b)中的方框区域，（d)至（f)分别对应（c)中的 方框区域；
[0019] 图3为本发明的新型柔性振动传感器测量外界信号的串联测试电路示意图；
[0020] 图4为本发明的新型柔性振动传感器测量外界信号的差分锁相测试电路示意图；
[0021] 图5中：(a)为本发明的新型柔性振动传感器粘附在音叉上的实物图，（b)至（f) 对应不同频率音叉的实际测试的原始信号；
[0022] 图6为图5中的（b)至（f)各信号所对应的频谱图；
[0023] 图7中：（a)为驱动电源信号及对应频谱图，（b)为实际测试的原始信号及对应频 谱图。
[0024] 图中标号的含义为：1 :二维石墨稀；2 :弹性尚分子基体；3 :导线。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0026] 首先以泡沫镍作为模板，使用化学气相沉积法（CVD)制备三维石墨烯。将泡沫镍 裁剪成所需尺寸大小，置于管式炉中。氢气和氩气混合气体作为载体，无水乙醇作为碳源， 制备过程控制在常压下；控制氢气和氩气流速分别在25sccm和50sccm，管式炉以50°C/min升温到1000°C并维持10分钟，对泡沫镍表面进行预处理；然后使用鼓泡器通入乙醇，维 持20分钟生长时间。反应结束后，立刻关闭管式炉降到室温。将泡沫镍石墨烯复合物使用 浓度10%的盐酸在80°C下刻蚀10小时，刻蚀完毕后使用去离子水清洗三遍，然后置于鼓风 干燥箱60°C干燥6小时，取出，即完成了三维石墨烯的制备。
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