振动传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动传感器，尤其涉及一种呼吸、心跳振动传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]振动传感器，或称压电传感器，是利用压电材料受力后产生的压电效应制成的传感器，已经广泛用于声学、医疗、工业、交通、安防等众多领域，正逐步改变人们的生活和工作方式，成为社会发展的趋势。压电材料在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷。压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料，现有技术通常采用极化聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二氟乙烯和聚三氟乙烯共聚物作为压电材料。由于压电换能器工作频率受材料几何形状、材料弹性性质等因素的影响，因此大多数压电换能器的工作频率高于100Hz，同时由于谐波的影响，压电换能器对后续信号滤波也具有较高要求。目前，还没有具有优异的低频响应性能的振动传感器。
[0003]特别地，振动传感器是目前对呼吸和心跳进行检测的常用工具之一，但是由于现有的振动传感器普遍存在低频响应性能欠佳的问题，因而对呼吸、心跳等低频振动的检测的灵敏度较差。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术中存在的缺陷，提供一种具有优异的低频响应性能的振动传感器及其制备方法。
[0005]—方面，本发明提供了一种振动传感器，包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，和第二电极层；其中所述第一电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面朝向所述第二电极层的第二侧表面设置；
[0006]所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述第二电极层的第二侧表面上设置有至少一个凸起结构，使得所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面和所述第二电极层的第二侧表面相互固定连接，由此形成空腔；所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二电极层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0007]所述第一电极层和所述第二电极层为所述振动传感器的两个输出端。
[0008]另一方面，本发明提供了一种振动传感器，包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；其中所述第一电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第二电极层设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面朝向所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面设置；
[0009]所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上设置有至少一个凸起结构，使所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相互固定连接，由此形成空腔；所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二高分子聚合物绝缘层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0010]所述第一电极层和所述第二电极层为所述振动传感器的两个输出端。
[0011]另一方面，本发明提供了一种振动传感器，包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层；其中所述第一电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第二电极层设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述居间电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间，并且所述居间电极层的第一侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置，所述居间电极层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置；
[0012]所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述居间电极层的第一侧表面上设置有至少一个凸起结构，使所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述居间电极层的第一侧表面相互固定连接，由此形成空腔，所述第一高分子聚合物绝缘层、所述居间电极层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构，和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述居间电极层的第二侧表面上设置有至少一个凸起结构，使所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述居间电极层的第二侧表面相互固定连接，由此形成空腔，所述第二高分子聚合物绝缘层、所述居间电极层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0013]所述居间电极层、所述第一电极层和所述第二电极层中的任意两者或三者形成所述振动传感器的输出端。
[0014]另一方面，本发明提供了一种振动传感器，包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间薄膜层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层；其中所述第一电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述第二电极层设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述居间薄膜层为聚合物薄膜层，设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间，并且所述居间薄膜层的第一侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置，所述居间薄膜层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置；
[0015]所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述居间薄膜层的第一侧表面上设置有至少一个凸起结构，使所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述居间薄膜层的第一侧表面相互固定连接，由此形成空腔，所述第一高分子聚合物绝缘层、所述居间薄膜层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构，和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面或所述居间薄膜层的第二侧表面上设置有至少一个凸起结构，使所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述居间薄膜层的第二侧表面相互固定连接，由此形成空腔，所述第二高分子聚合物绝缘层、所述居间薄膜层和所述凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0016]所述第一电极层和所述第二电极层为所述振动传感器的两个输出端。
[0017]前述的振动传感器，所述固定连接是通过等离子处理固定连接或使用压敏胶固定连接而实现的固定连接。
[0018]前述的振动传感器,所述凸起结构的高度为Ιμπι-lmm。
[0019]前述的振动传感器，所述凸起结构构成横截面为条纹状结构、井字状结构、菱形状结构、Z字结构或叉指结构的阵列。
[0020]前述的振动传感器，所述凸起结构在其至少一侧固定连接的表面上面连接，每个面连接的宽度为0.lmm-5mm。
[0021]前述的振动传感器，所述凸起结构在其一侧固定连接的表面上面连接；在其另一侧固定连接的表面上点连接或线连接。
[0022]前述的振动传感器，相邻两个凸起结构之间的距离是0.lmm-lmm。
[0023]前述的振动传感器，所述第一高分子聚合物绝缘层是单一聚合物层或复合聚合物层。
[0024]前述的振动传感器，所述第二高分子聚合物绝缘层是单一聚合物层或复合聚合物层。
[0025]前述的振动传感器，所述居间薄膜层是单一聚合物层或复合聚合物层。
[0026]前述的振动传感器，所述单一聚合物层所用材料选自聚二甲基硅氧烷薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维素海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意一种；
[0027]所述复合聚合物层所用材料是聚二甲基硅氧烷薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维素海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚异丁烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚缩聚物薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯共聚物薄膜中的任意二者构成的复合聚合物薄膜。
[0028]另一方面，本发明提供了一种振动传感器的制备方法，该方法包括:
[0029](I)在高分子聚合物绝缘层一侧表面设置至少一个凸起结构，得到带凸起结构的高分子聚合物绝缘层；
[0030](2)在电极层一侧表面设置至少一个凸起结构，得到带凸起结构的电极层；
[0031]其中，仅进行步骤(I)或步骤(2);
[0032](3)制备振动传感器，该振动传感器包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，和第二电极层；
[0033]其中，采用步骤(I)得到的带凸起结构的高分子聚合物绝缘层作为第一高分子聚合物绝缘层，或者，采用步骤(2)得到的带凸起结构的电极层作为第二电极层；
[0034]按照凸起结构设置于第一高分子聚合物绝缘层与第二电极层之间，将第二电极层设置在第一高分子聚合物绝缘层上，并将凸起结构与其所朝向的侧表面进行固定连接，由此形成空腔；第一高分子聚合物绝缘层、第二电极层和凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0035]然后，在第一高分子聚合物绝缘层未设置第二电极层的侧表面上设置第一电极层，从而得到振动传感器。
[0036]另一方面，本发明提供了一种振动传感器的制备方法，该方法包括:
[0037](I)在高分子聚合物绝缘层一侧表面设置至少一个凸起结构，得到带凸起结构的高分子聚合物绝缘层；
[0038](2)制备振动传感器，该振动传感器包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极层；
[0039]其中，采用步骤(I)得到的带凸起结构的高分子聚合物绝缘层作为第一高分子聚合物绝缘层，使具有凸起结构的侧表面朝向第二高分子聚合物绝缘层，并将凸起结构固定连接到第二高分子聚合物绝缘层，由此形成空腔；第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层和凸起结构共同形成可振动的框架结构；
[0040]然后，在第一高分子聚合物绝缘层不带凸起结构的侧表面上设置第一电极层，在第二高分子聚合物绝缘层未与凸起结构固定连接的侧表面上设置第二电极层，从而得到振动传感器。
[0041]另一方面，本发明提供了一种振动传感器的制备方法，该方法包括:
[0042](I)在高分子聚合物绝缘层一侧表面设置至少一个凸起结构，得到带凸起结构的高分子聚合物绝缘层；
[0043](2)在电极层至少一侧表面设置至少一个凸起结构，得到带凸起结构的电极层；
[0044]其中，仅进行步骤(I)或步骤(2 )，或者，同时进行步骤(I)和步骤(2 );
[0045](3)制备振动传感器，该振动传感器包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层；
[0046]其中，第一高分子聚合物绝缘层和/或第二高分子聚合物绝缘层采用步骤(I)得到的带凸起结构的高分子聚合物绝缘层；或者，居间电极层采用步骤(2)得到的带凸起结构的电极层，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层中至多一层采用步骤(I)得到的带凸起结构的高分子聚合物绝缘层，且相邻两层相对的侧表面中至多一面上具有凸起结构；
[0047]按照凸起结构设置于第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间，和/或，凸起结构设置于第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间，将第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层和第二高分子聚合物绝缘层进行组装，并将凸起结构与