振动传感器及其制备方法_2

文档序号:8401397阅读:来源:国知局
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、居间电极层以及二者之间的凸起结构,和/或,第二高分子聚合物绝缘层、居间电极层以及二者之间的凸起结构,共同形成可振动的框架结构;
[0048]然后,在第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层未朝向居间电极层的侧表面上分别设置第一电极层和第二电极层,从而得到振动传感器。
[0049]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:
[0050](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;
[0051](2)在另一高分子聚合物绝缘层的两侧表面上分别设置至少一个凸起结构,得到两侧表面均带凸起结构的高分子聚合物绝缘层;
[0052]其中,仅进行步骤(I)或步骤(2);
[0053](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,居间薄膜层,第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层;
[0054]其中,第一高分子聚合物绝缘层,居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层中的任意一层或两层采用步骤(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;或者,居间薄膜层采用步骤(2)得到的两侧表面均带凸起结构的高分子聚合物绝缘层;
[0055]按照凸起结构设置于第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间,和/或,凸起结构设置于第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间,将第一高分子聚合物绝缘层,居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层进行组装,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、居间薄膜层以及二者之间的凸起结构,和/或,第二高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层以及二者之间的凸起结构,共同形成可振动的框架结构;
[0056]然后,在第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层未朝向居间薄膜层的侧表面上分别设置第一电极层和第二电极层,从而得到振动传感器。
[0057]前述的振动传感器的制备方法,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。
[0058]前述的振动传感器的制备方法,所述设置凸起结构是通过丝网印刷方法而实现的。
[0059]前述的振动传感器的制备方法,将所述凸起结构设置为在其至少一侧固定连接的表面上面连接,且每个面连接的宽度为0.lmm-5mm。
[0060]前述的振动传感器的制备方法,将所述凸起结构设置为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。
[0061]前述的振动传感器的制备方法,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。
[0062]前述的振动传感器的制备方法,所述第二高分子聚合物绝缘层是单一聚合物层。
[0063]前述的振动传感器的制备方法,所述居间薄膜层是单一聚合物层或复合聚合物层。
[0064]本发明的振动传感器至少具有如下有益效果:本发明的振动传感器是基于聚合物薄膜的受迫振动,由于聚合物薄膜作阻尼振动,因此有效地减小了振动传感器的换能器结构中的谐波影响,具有优异的低频响应性能和信号波形,特别适合用于对心跳、呼吸等低频振动的检测。
【附图说明】
[0065]图1为本发明振动传感器一种【具体实施方式】的立体结构示意图。
[0066]图2为本发明图1振动传感器的剖面结构示意图。
[0067]图3为本发明振动传感器另一种【具体实施方式】的立体结构示意图。
[0068]图4为本发明图3振动传感器的剖面结构示意图。
[0069]图5为本发明振动传感器另一种【具体实施方式】的立体结构示意图。
[0070]图6为本发明图5振动传感器的立体结构示意图。
[0071]图7为本发明振动传感器另一种【具体实施方式】的立体结构示意图。
[0072]图8为本发明图7振动传感器的立体结构示意图。
[0073]图9为声学振动测试示意图。
[0074]图10 Ca)为PVDF压电传感器的实验测量信号图;图10 (b)为PVDF压电传感器的滤波信号图。
[0075]图11 Ca)为本发明的振动传感器的实验测量信号图;图11 (b)为本发明的振动传感器的滤波信号图。
[0076]图12为本发明振动传感器的频谱信号图。
[0077]图13为PVDF压电传感器的频谱信号图。
【具体实施方式】
[0078]为了充分了解本发明的目的、特征及功效,通过下述【具体实施方式】,对本发明作详细说明。
[0079]图1和图2所示是本发明一种【具体实施方式】的振动传感器I。该振动传感器I包括依次层叠设置的第一电极层11,第一高分子聚合物绝缘层12,和第二电极层13。具体地,第一电极层11设置在第一高分子聚合物绝缘层12的第一侧表面上,且第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面朝向所述第二电极层13的第二侧表面设置,第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面或第二电极层13的第二侧表面上设置有至少一个凸起结构14,使得第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面和第二电极层13的第二侧表面相互固定连接,由此形成空腔,第一高分子聚合物绝缘层12、第二电极层13和凸起结构14共同形成可振动的框架结构;第一电极层11和第二电极层13为振动传感器I的输出端。
[0080]该【具体实施方式】中,凸起结构14的高度是Ιμπι-lmm。凸起结构14优选为多个,从而可以构成多个空腔。多个凸起结构14的排列方式可以是规则的也可以是不规则的,例如这些多个凸起结构14可以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,相邻两个凸起结构之间的距离是0.lmm-lmm。
[0081]凸起结构14在其至少一侧固定连接的表面上面连接,例如在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面和/或第二电极层13的第二侧表面上面连接,每个面连接的宽度为 0.lmm-5mm。
[0082]优选的,凸起结构14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,例如在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面上面连接,在第二电极层13的第二侧表面上点连接或线连接;或者,在第二电极层13的第二侧表面上面连接,在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面上点连接或线连接。通过凸起结构与其固定连接表面形成的空腔,使点连接或线连接凸起结构14支撑的那一侧表面具有厚度方向位移和径向方向位移。该表面径向位移远大于厚度方向位移,从而使得振动传感器具有优异低频振动特性。因此,通过空腔的径向振动可以实现良好的低频响应。
[0083]第一高分子聚合物绝缘层12的厚度是Ιμπι-lmm,可以是单一聚合物层或复合聚合物层。
[0084]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,优选自聚二甲基硅氧烷薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚丙烯薄膜中的任意一种,且最优选是聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0085]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,优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜与聚二甲基硅氧烷薄膜构成的复合聚合物薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜与聚酰亚胺薄膜构成的复合聚合物薄膜、或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜与聚丙烯薄膜构成的复合聚合物薄膜。
[0086]该【具体实施方式】中,第一电极层11对所用材料没有特殊规定,能够形成导电层的材料都在本发明的保护范围之内,例如是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金;第二电极层13所用材料可以是金属或合金。其中,金属可以是金、银、钼、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、猛、钥、鹤或钥;;合金可以是招合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、猛合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、秘合金、铟合金、镓合金、鹤合金、钥合金、银合金或钽合金。第二电极层13的厚度优选10(^111-50(^111,更优选20(^111。
[0087]下面以仅在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面上设置凸起结构14的情况为例说明该【具体实施方式】的振动传感器的制备方法。
[0088]在第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面上制备凸起结构14,凸起结构14采用与第一高分子聚合物绝缘层12相同的材料,该步骤可以采用,但不限于,丝网印刷方法;制备的凸起结构14的高度控制在I μ m-lmm,可以制成条纹状结构、井字状结构、菱形状结构、Z字结构或叉指结构的凸起阵列;相邻两个凸起结构之间的距离控制在0.lmm-lmm。凸起结构14在第一高分子聚合物绝缘层12表面上面连接,每个面连接的宽度为0.lmm-5mm。
[0089]然后通过等离子处理固定连接或使用压敏胶固定连接而将凸起结构14与第二电极层13的第二侧表面进行固定连接,形成空腔。凸起结构14在第二电极层13表面上可以是面连接,也可以是点连接或线连接。点连接或线连接的固定连接方式,能够更好的通过空腔的径向振动实现良好的低频响应。
[0090]然后,在第一高分子聚合物绝缘层12的第一侧表面上溅射金属制备第一电极层11。
[0091]等离子处理固定连接是指先使用等离子处理器对将被固定连接的表面进行处理,然后在进行固定连接,具体到该【具体实施方式】,是指先使用等离子处理器对第二电极层13的第二侧表面进行处理,然后在将凸起结构14与第二电极层13的第二侧表面进行固定连接,等离子处理器例如可以采用东莞市耀天电气科技有限公司生产的型号为CSM-SSCl的单枪立式等离子表面处理机;压敏胶(PSA)是压敏胶粘剂的简称,是一类对压力有敏感性的胶粘剂,具体到该【具体实施方式】,使用压敏胶固定连接是指将压敏胶涂覆于第二电极层13的第二侧表面,待冷却固化后,将第一高分子聚合物绝缘层12的第二侧表面朝向第二电极层13的第二侧表面,轻压粘结,本领域技术人员根据实际操作可以选择合适的压敏胶,例如,可购买自苏州锦峰压敏胶有限公司。
[0092]该【具体实施方式】中其它情况下的振动传感器的制造方法类似可知。
[0093]在外界振动的作用下,该【具体实施方式】的振动传感器I的第一高分子聚合物绝缘层12上设置的凸起结构14附近的薄膜发生振动,第一高分子聚合物绝缘层12与第二电极层13相互接触产生电信号,电信号的产生会使第一电极层11与第二电极层13之间出现电势差。由于第一电极层11与第二电极层13之间电势差的存在,自由电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧,从而在外电路中形成电流。当振动传感器I的各层恢复到原来状态时,这时形成在第一电极层11与第二电极层13之间的内电势消失,此时已平衡的第一电极层11与第二电极层13之间将再
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