一种加速度传感器的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种加速度传感器。

背景技术

现市面上加速度传感器分为压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器和伺服式加速度传感器四种类型。但是，以上四种类型的加速度传感器均需要使用电源进行驱动，导致其结构较为复杂且成本较高。另外，压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器和伺服式加速度传感器均需使用特殊材料或部件，如压电材料，压阻材料，陀螺仪等，进一步增加了其成本；电容式加速度传感器的结构较为复杂，也进一步增加了其成本。

技术实现要素：

本发明提供一种加速度传感器，可以使得该加速度传感器无需使用电源进行驱动，结构简单、成本低。

本发明提供一种加速度传感器，采用如下技术方案：

所述加速度传感器包括主体、低熔点金属液滴、第一电极层、第二电极层、摩擦起电层、电阻、电压表、滤波器和存储器，其中，

所述主体的第一面上设置有容纳槽，所述第一电极层位于所述容纳槽的内壁上，所述容纳槽内为真空，所述低熔点金属液滴位于所述容纳槽内，所述摩擦起电层覆盖于所述容纳槽上，所述摩擦起电层绝缘且在与所述低熔点金属液滴摩擦时，从所述低熔点金属液滴获取电子，所述第二电极层覆盖于所述摩擦起电层上，所述电阻、所述电压表、所述滤波器和所述存储器均设置于所述主体的第一面上，所述电阻连接于所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述电压表与所述电阻并联，所述滤波器的输入端与所述电压表的输出端连接，所述滤波器的输出端与所述存储器连接。

可选地，所述容纳槽的形状为半球形，所述第一电极层完全覆盖所述容纳槽的内壁。

可选地，所述低熔点金属液滴的体积为v1，所述容纳槽的体积为v2，其中，v1/v2＝(0.054～0.686)∶1。

可选地，v1/v2＝0.25∶1。

可选地，所述低熔点金属液滴的直径为50微米～10毫米。

可选地，所述摩擦起电层的材质为聚偏氟乙烯或者橡胶。

可选地，所述主体的材质为丙烯酸树脂或者硅胶。

可选地，所述第一电极层的材质为铜、银或者金；所述第二电极层的材质为铜、银或者金。

可选地，所述加速度传感器还包括封装层，所述封装层包覆所述主体的第一面。

可选地，所述加速度传感器还包括沿远离所述主体方向依次层叠设置于所述主体的第二面上的第一粘结层、支撑底膜、第二粘结层和离型膜。

本发明提供了一种加速度传感器，该加速度传感器包括主体、低熔点金属液滴、第一电极层、第二电极层、摩擦起电层、电阻、电压表、滤波器和存储器，其中，主体的第一面上设置有容纳槽，第一电极层位于容纳槽的内壁上，容纳槽内为真空，低熔点金属液滴位于容纳槽内，摩擦起电层覆盖于容纳槽上，电阻连接于第一电极层和第二电极层之间，电压表与电阻并联，滤波器的输入端与电压表的输出端连接，滤波器的输出端与存储器连接，在有加速度存在时，低熔点金属液滴会上升，进而与摩擦起电层进行摩擦，摩擦起电层获取低熔点金属液滴中的自由电子进而带负电，低熔点金属液滴由于被夺去自由电子进而带正电，低熔点金属液滴回落时，第一电极层会由于带正电的低熔点金属液滴的靠近产生感生电场，进而将正电荷沿电阻推送至第二电极层，第一电极层和第二电极层之间产生了电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，滤波器对该电压进行滤波后即可存储在存储器中，根据该电压的大小即可得出加速度的大小，进而对实现加速度的检测，由以上所述可知，本发明中的加速度传感器无需使用电源进行驱动，且无需使用特殊材料或者特殊部件，使得加速度传感器的结构简单、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的加速度传感器检测加速度的过程示意图一；

图3为本发明实施例提供的加速度传感器检测加速度的过程示意图二；

图4为本发明实施例提供的加速度与电压之间的关系图；

图5为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图二；

图6为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图三；

图7为本发明实施例提供的加速度传感器的测试结果图一；

图8为本发明实施例提供的加速度传感器的测试结果图二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供一种加速度传感器，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图一，加速度传感器包括主体1、低熔点金属液滴2、第一电极层3、第二电极层4、摩擦起电层5、电阻、电压表、滤波器和存储器，其中，

主体1的第一面上设置有容纳槽11，第一电极层3位于容纳槽11的内壁上，容纳槽11内为真空，低熔点金属液滴2位于容纳槽11内，摩擦起电层5覆盖于容纳槽11上，摩擦起电层5绝缘且在与低熔点金属液滴2摩擦时，从低熔点金属液滴2获取电子，第二电极层4覆盖于摩擦起电层5上，电阻(图中未示出)、电压表(图中未示出)、滤波器(图中未示出)和存储器(图中未示出)均设置于主体1的第一面上，电阻连接于第一电极层3和第二电极层4之间，电压表与电阻并联，滤波器的输入端与电压表的输出端连接，滤波器的输出端与存储器连接。

当然，本领域技术人员必然知道的是，在该加速度传感器中与低熔点金属液滴2直接接触的结构必然是不粘附低熔点金属的，即第一电极层3和摩擦起电层5均不粘附低熔点金属。

其中，容纳槽11内为真空的目的在于低熔点金属液滴2不会与空气接触，保证了低熔点金属液滴2的性能的稳定。

另外，之所以选用低熔点金属液滴2，而非刚性金属颗粒的原因如下：1.刚性金属颗粒在容纳槽11内进行撞击时，很可能破坏第一电极层3和摩擦起电层5；2.低熔点金属液滴2可以随时发生形变，可以更好地与第一电极层3或者摩擦起电层5接触。

在有加速度存在时，低熔点金属液滴2会上升，进而与摩擦起电层5进行摩擦，摩擦起电层5获取低熔点金属液滴2中的自由电子进而带负电，低熔点金属液滴2由于被夺去自由电子进而带正电，低熔点金属液滴2回落时，第一电极层3会由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近产生感生电场，进而将正电荷沿电阻推送至第二电极层4，第一电极层3和第二电极层4之间产生了电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，滤波器对该电压进行滤波后即可存储在存储器中，根据该电压的大小即可得出加速度的大小，进而对实现加速度的检测，由以上所述可知，本发明中的加速度传感器无需使用电源进行驱动，且无需使用特殊材料或者特殊部件，使得加速度传感器的结构简单、成本低。本发明实施例提供的加速度传感器非常小巧，尺寸可以缩小到微米级别。

该加速度传感器可以用于检测瞬时加速度，以及检测震动过程中的加速度情况，下面本发明实施例对加速度传感器检测瞬时加速度的过程，以及检测震动过程中的加速度情况的过程进行举例描述。需要说明的是，在以下各例子中滤波器、存储器的工作方式参照之前即可，此处不再进行赘述。

在第一个例子中，如图2所示，图2为本发明实施例提供的加速度传感器检测加速度的过程示意图一，该加速度传感器检测瞬时加速度检测的过程如下：首先，如图2中(a)所示加速度传感器处于静止状态；然后，如图2中(b)所示加速度传感器开始获得加速度，低熔点金属液滴2在容纳槽11中上升；然后，如图2中(c)所示低熔点金属液滴2与摩擦起电层5(例如pvdf，即聚偏氟乙烯)碰撞摩擦，摩擦起电层5获取低熔点金属液滴2中的自由电子，变成带负电，低熔点金属液滴2由于被夺去自由电子，变成带正电；然后，如图2中(d)所示低熔点金属液滴2回落，回落时第一电极层3会由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近，产生感生电场，将正电荷推往第二电极层4，第一电极层3带负电，第一电极层3和第二电极层4之间产生了电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，且该电流可以为第二电极层4充电；最后，如图2中(e)所示低熔点金属液滴2回落到第一电极层3，感生电场消失，同时低熔点金属液滴2携带的正电荷全部传递到第二电极层4，低熔点金属液滴2不带电。

在第二个例子中，如图3所示，图3为本发明实施例提供的加速度传感器检测加速度的过程示意图二，该加速度传感器检测震动过程中的加速度情况的过程如下：首先，如图3中(a)所示加速度传感器处于静止状态；然后，如图3中(b)所示加速度传感器开始获得加速度，低熔点金属液滴2在容纳槽11中上升；然后，如图3中(c)所示低熔点金属液滴2与摩擦起电层5(例如pvdf，即聚偏氟乙烯)碰撞摩擦，摩擦起电层5获取低熔点金属液滴2中的自由电子，变成带负电，低熔点金属液滴2由于被夺去自由电子，变成带正电；然后，如图3中(d)所示低熔点金属液滴2回落，回落时第一电极层3会由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近，产生感生电场，将正电荷推往第二电极层4，第一电极层3带负电，第一电极层3和第二电极层4之间产生了电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，且该电流可以为第二电极层4充电；然后，如图3中(e)所示低熔点金属液滴2回落到第一电极层3，感生电场消失，同时低熔点金属液滴2携带的正电荷全部传递到第二电极层4，低熔点金属液滴2不带电；然后，如图3中(f)所示低熔点金属液滴2开始由于震动而上升，上升时第二电极层4放电至第一电极层3，低熔点金属液滴2会从第一电极层3带走一部分正电荷，使低熔点金属液滴2带正电；如图3中(g)所示由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近，第二电极层4开始放电，将正电荷推往第一电极层3，第一电极层3和第二电极层4之间产生电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，且该电流可以为第一电极层3充电；然后，如图3中(h)所示低熔点金属液滴2上升到顶部，与摩擦起电层5接触，此时第二电极层4上的大部分电荷都放电给第一电极层3，低熔点金属液滴2仍然带正电；然后，如图3中(i)所示低熔点金属液滴2回落，由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近，第一电极层4开始放电，第一电极层3和第二电极层4之间产生电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，且该电流可以为第二电极层4充电；然后，如图3中(j)所示低熔点金属液滴2持续下落，第一电极层3持续放电给第二电极层4；然后，如图3中(k)所示低熔点金属液滴2回落到底，第一电极层3放电结束；然后，震动继续，图3中(f)～(k)周而复始直至震动停止。

由图2和图3可知，在检测瞬时加速度的过程，以及检测震动过程中的加速度情况的过程中，低熔点金属液滴2会发生变形，具体为，在容纳槽11中间位置处时呈较圆的球形，在靠近第一电极层3或第二电极层4的位置处呈椭球形，进而可以更好地与第一电极层3或第二电极层4接触，进行电荷的转移。

下面本发明实施例对加速度传感器包括的主体1、低熔点金属液滴2、第一电极层3、第二电极层4和摩擦起电层5的具体内容进行举例说明。

可选地，本发明实施例中主体1的材质为丙烯酸树脂或者硅胶。其中，主体1的材质为硅胶时，主体1具有一定拉伸性，有利于使加速度传感器具有拉伸性，使得加速度传感器的应用范围更广。

可选地，如图1所示，主体1上容纳槽11的形状为半球形，第一电极层3完全覆盖容纳槽11的内壁，进而使得无论低熔点金属液滴2在容纳槽11内沿哪个方向移动，均可以与摩擦起电层5或者第一电极层3接触，例如之前所述的竖直方向上的上升和回落，或者沿容纳槽11的内壁滚动，实现加速度传感器的功能，使得加速度传感器可用于检测不同方向的加速度，适用范围更广。

其中，本发明实施例中低熔点金属液滴2选用的低熔点金属为熔点低于室温的低熔点金属。低熔点金属包括熔点在室温以下的低熔点单质、低熔点合金、由低熔点单质/低熔点合金与金属纳米颗粒和流体分散剂混合形成的导电纳米流体。示例性地，低熔点金属为汞单质或者镓铟共晶合金。

可选地，本发明实施例中低熔点金属液滴2的体积为v1，容纳槽11的体积为v2，其中，v1/v2＝(0.054～0.686)∶1，以使得低熔点金属液滴2在容纳槽11内有足够的空间活动，且第一电极层3和第二电极层4之间有电流时，电阻两端的电压易于检测。

发明人在以上所述的v1和v2的比值范围内，选取了多个比值0.054∶1、0.128∶1、0.250∶1、0.432∶1、0.686∶1进行了实验测试(测试过程中以低熔点金属液滴2为汞液滴为例)，具体地，如图4所示，图4为本发明实施例提供的加速度与电压之间的关系图，发明人发现，v1和v2的比值为以上各比值时，加速度和电阻两端的电压之间呈较好的线性关系，且当以上比值为0.25∶1时，电阻两端的电压随加速度的变化最明显。基于此，本发明实施例中进一步优选v1/v2＝0.25∶1。

可选地，本发明实施例中低熔点金属液滴2的直径为50微米～10毫米，一方面可以使得在满足上述比值关系时容纳槽11的尺寸较小，使得加速度传感器的尺寸较小，另一方面，还可以使得低熔点金属液滴2较易制作，另一方面，还可以使得低熔点金属液滴2与摩擦起电层5或者第一电极层3之间的接触面积较大，有利于降低电阻两端的电压的检测难度。

可选地，本发明实施例中第一电极层3的材质为铜、银或者金，以使得第一电极层3具有较好的导电性能，且不粘附低熔点金属液滴2，更不会与低熔点金属液滴2发生反应。基于同样地考虑，本发明实施例中第二电极层4的材质为铜、银或者金。

可选地，本发明实施例中摩擦起电层5的材质为聚偏氟乙烯或者橡胶。其中，摩擦起电层5的材质为橡胶时，摩擦起电层5具有一定拉伸性，有利于使加速度传感器具有拉伸性，使得加速度传感器的应用范围更广。

另外，如图5所示，图5为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图二，本发明实施例中加速度传感器还包括封装层6，封装层6包覆主体1的第一面，从而使得封装层6可以同时覆盖住第二电极层4、电阻、电压表、滤波器和存储器，有助于维持加速度传感器的结构稳定，且还可以阻隔外界的水氧杂质等进入加速度传感器。

可选地，如图6所示，图6为本发明实施例提供的加速度传感器的结构示意图三，本发明实施例中加速度传感器还包括沿远离主体1方向依次层叠设置于主体1的第二面上的第一粘结层7、支撑底膜8、第二粘结层9和离型膜10，从而使得可以将离型膜10撕掉，直接将加速度传感器粘贴至需要的位置处，使得加速度传感器的使用十分方便。

本发明实施例中的加速度传感器可以用于检测汽车的加速度(将加速度传感器放置于发动机上)、检测发动机震动过程中的加速度情况(将加速度传感器放置于发动机上)、检测人体运动状态(将加速度传感器放置于鞋底内)等。

在一个例子中，如图7所示，图7为本发明实施例提供的加速度传感器的测试结果图一，加速度传感器检测汽车的加速度过程中，图7中a1所指位置为汽车开始启动，图7中a2所指位置为汽车正常运行，图7中a4所指位置为汽车停止。

在又一个例子中，如图8所示，图8为本发明实施例提供的加速度传感器的测试结果图二，加速度传感器检测发动机震动过程中的加速度情况的过程中，图8中b1所指位置为发动机开启，图8中b2所指位置为发动机运行，图8中b3所指位置为发动机停止，图8中b4所指位置为发动机又一次开启，图8中b5所指位置为发动机又一次运行，图8中b6所指位置为发动机又一次停止。

本发明实施例提供了一种加速度传感器，该加速度传感器包括主体1、低熔点金属液滴2、第一电极层3、第二电极层4、摩擦起电层5、电阻、电压表、滤波器和存储器，其中，主体1的第一面上设置有容纳槽11，第一电极层3位于容纳槽11的内壁上，容纳槽11内为真空，低熔点金属液滴2位于容纳槽11内，摩擦起电层5覆盖于容纳槽11上，电阻连接于第一电极层3和第二电极层4之间，电压表与电阻并联，滤波器的输入端与电压表的输出端连接，滤波器的输出端与存储器连接，在有加速度存在时，低熔点金属液滴2会上升，进而与摩擦起电层5进行摩擦，摩擦起电层5获取低熔点金属液滴2中的自由电子进而带负电，低熔点金属液滴2由于被夺去自由电子进而带正电，低熔点金属回落时，第一电极层3会由于带正电的低熔点金属液滴2的靠近产生感生电场，进而将正电荷沿电阻推送至第二电极层4，第一电极层3和第二电极层4之间产生了电流，通过电压表即可获得电阻两端的电压的大小，滤波器对该电压进行滤波后即可存储在存储器中，根据该电压的大小即可得出加速度的大小，进而对实现加速度的检测，由以上所述可知，本发明中的加速度传感器无需使用电源进行驱动，且无需使用特殊材料或者特殊部件，使得加速度传感器的结构简单、成本低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。