一种便于拆卸的传感器封装结构、封装方法与流程

本发明涉及传感器封装技术领域，特别涉及一种便于拆卸的传感器封装结构、封装方法。

背景技术：

目前，传感器的种类多种多样，被广泛应用于各个领域。传感器的采集信号的真实度和准确度关键在于其对外部干扰信号的抗干扰能力。目前已出现各种传感器屏蔽结构，如公开号为cn2874423y、专利名称为“金属屏蔽层屏蔽的pvdf压电薄膜胶基封装应变计”，通过在基片外设置金属屏蔽网对电磁干扰进行屏蔽，提高传感器的抗干扰性能。该技术虽然进行一定程度的屏蔽设置，但其缺点在于屏蔽层未覆盖传感器接线铆钉处，信号引出线没有做屏蔽处理，由于这两处位置依然存在一定程度上的电磁信号干扰，从而导致该专利采集到的信号精度不高。并且，上述实用新型产品和现有的带屏蔽结构的传感器都具有不便于拆装、利用率低的缺点，不利于传感器的维修和回收利用。因此，传感器的可拆卸式屏蔽结构的改进是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提出一种便于拆卸的传感器封装结构及其封装方法，这种传感器封装结构的结构简单、便于快速拆装且屏蔽效果好，解决了现有传感器封装结构不能拆卸、利用率低、屏蔽效果差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种便于拆卸的传感器封装结构，其包括：传感器封装单元、将传感器封装单元进行包覆的成型面料层、将传感器封装单元与成型面料层进行固定连接的第一导电卡扣、以及信号引出线；

其中，传感器封装单元包括传感器、完全包覆传感器设置的双层屏蔽外壳；所述信号引出线一端连接传感器的接线引脚，另一端连接第一导电卡扣，双层屏蔽外壳上设置供第一导电卡扣结构穿过的第一定位孔，第一导电卡扣与双层屏蔽外壳通过粘连进行非电性连接；成型面料层包括分别覆盖于双层屏蔽外壳顶面和底面的顶面面料、底面面料。成型面料层与传感器封装单元进行粘接、卡扣连接或者两种方式结合。

所述的传感器封装结构中，双层屏蔽外壳包括相连的顶层屏蔽外壳和底层屏蔽外壳，双层屏蔽外壳通过不导电胶与传感器相粘合，屏蔽外壳的备胶一面黏合传感器，无胶一面朝外形成导电面，两个屏蔽外壳将所述传感器整体包裹在中间，形成封闭式壳体；

所述的传感器封装结构中，双层屏蔽外壳采用铝箔、铜箔、导电胶、导电布或镀铝pet材质；双层屏蔽外壳为一体结构折叠而成或分体设置。

所述的传感器封装结构中，所述第一导电卡扣为金属材质的四合扣、子母扣或工字扣；其中，第一导电卡扣设置为两个，第一导电卡扣包括第一子扣和第一母扣，屏蔽外壳上设置用于定位第一导电卡扣的第一定位孔，第一导电卡扣的第一子扣贯穿底层屏蔽外壳和相邻成型面料层后与第一母扣进行卡扣连接，两个第一子扣的基部分别与两条信号引出线进行连接，供第一子扣贯穿的第一定位孔直径大于第一子扣的直径，第一子扣被绝缘胶包裹并与屏蔽外壳进行粘接。

所述的传感器封装结构，包括一个第二导电卡扣，第二导电卡扣为金属材质的四合扣、子母扣或工字扣；顶层屏蔽外壳、底层屏蔽外壳上对应设置供第二导电卡扣的第二子扣贯穿的第二定位孔；第二导电卡扣的第二子扣贯穿顶层屏蔽外壳、底层屏蔽外壳和相邻成型面料层设置，并与成型面料层外侧的第二母扣扣合，顶面面料覆盖并粘结第二子扣，第二导电卡扣的子扣分别与顶层屏蔽外壳、底层屏蔽外壳进行电连接。

上述设置是使第二子扣接触铝箔屏蔽层，从而便于通过第二导电卡扣与信号调理电路的连接使其接地，提高信号屏蔽效果。

优选地，第二导电卡扣位于两个第一导电卡扣的中央位置。

所述的传感器封装结构，还包括至少一个第三卡扣，成型面料层上设置与第三卡扣配合的第三定位孔，第三卡扣为四合扣、子母扣或工字扣，第三卡扣的第三子扣只贯穿顶面面料和底面面料后与第三母扣进行卡扣连接；所述第三卡扣设置为位于远离第一导电卡扣的侧边的一个或多个；或者第三卡扣设置为对称分布于传感器封装结构的对应两侧或四周设置的多个。

所述的传感器封装结构中，所述传感器为压电薄膜传感器或压电陶瓷传感器。

另一方面，本发明还提供一种如上所述的便于拆卸的传感器封装结构的封装方法，其包括以下步骤：

s1、将双层屏蔽外壳与底面面料的孔对齐放置，使屏蔽外壳不带胶外侧与底面面料接触并粘合；

s2、将信号引出线一端连接传感器的接线引脚，另一端连接第一导电卡扣的第一子扣；

s3、将两个第一导电卡扣的第一子扣分别放置在底层屏蔽外壳的两个第一定位孔内，第一子扣与第一定位孔边缘不接触，通过绝缘胶将子扣与屏蔽外壳粘接；同时将传感器放置在屏蔽外壳带胶一侧，盖合后的顶层屏蔽外壳可以完全覆盖传感器、信号引出线、子扣和绝缘胶；

s4、将第二导电卡扣的第二子扣置入顶面屏蔽外壳的导电面的第二定位孔内，将顶面面料带胶面一侧与顶面屏蔽外壳导电面粘合，将双层屏蔽外壳、传感器进行完全包裹；

s5、将第三卡扣的第三子扣置入第三定位孔中，利用压扣机分别将各种母扣与对应的子扣压成一体，完成封装。

本发明还提供一种智能服饰，包括服饰主体和如上所述的便于拆卸的传感器封装结构，传感器封装结构将采集的人体生理信号通过相连的信号调理电路输出检测信息。

本发明的有益效果是：

(1)所述便于拆卸的传感器封装结构，通过设置双层屏蔽外壳，提高传感器的信号采集精度、降低信号干扰，通过与外部设置的成型面料层的粘接，对传感器封装单元进行封装，同时通过三种卡扣结构加强传感器封装结构与外部成型面料层的固定连接。上述结构设置提高了传感器封装结构的整体结构的连接稳定性，且信号屏蔽效果好，不仅提高了信号采集精准度，并且拆装和维修便利，可回收使用，利用率高。

(2)通过第一导电卡扣，不仅实现了传感器与外部电路的电连接，同时还将屏蔽外壳与成型面料层进行机械连接；第二导电卡扣的设置，进一步地加强整个传感器封装结构与服装布料的固定连接，加强了屏蔽外壳的封装稳定性，并且便于将屏蔽外壳进行接地设置，提高信号屏蔽效果；第三卡扣的设置通过加强顶面面料和底面面料间的连接强度，进一步地提高传感器封装结构的整体稳定性。上述三种卡扣结构的设置不仅便于传感器封装结构的快速定位和拆装，并且结构稳定度高，有效延长传感器的使用寿命。

(3)所述传感器封装结构的封装方法简单、易操作、封装效率高，便于进行工业化生产，制备成的传感器封装结构的结构稳定度高，信号屏蔽性能性能优异，传感器采集的信号在底噪、灵敏度和抗干扰能力上得到了很明显的提高和改善，应用范围广；上述传感器封装结构还便于拆装和维修，提高回收利用率。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的便于拆卸的传感器封装结构的透视结构示意图；

图2为传感器的一个可选实施例的结构示意图；

图3为屏蔽外壳的一个可选实施例的折叠结构示意图；

图4为屏蔽外壳的一个可选实施例的平铺结构示意图；

图5为卡扣结构的两个实施例的结构示意图；

图6为一个可选实施例中成型面料层的叠放结构示意图；

图7为一个可选实施例中与卡扣结构连接的传感器的结构示意图；

图8为本发明的传感器封装结构的一个可选实施例中的封装流程示意图；

图9为本发明一个可选实施例中的传感器封装结构的结构爆炸示意图；

图10为封装后与无封装的传感器底噪波形图对比结果；其中，上方为封装后传感器的底噪波形图，下方为无封装的传感器的底噪波形图；

图11为封装后与无封装的传感器同一输入波形图对比结果；其中，上方为无封装的传感器的波形图，下方为封装后传感器的的波形图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

图1示出了便于拆卸的传感器封装结构的一个可选实施例。

本实施例中，所述传感器封装结构包括：传感器封装单元、将传感器封装单元进行包覆的成型面料层5、将传感器封装单元与成型面料层5进行固定连接的第一导电卡扣、以及信号引出线3。

其中，传感器封装单元包括传感器1、完全包覆传感器1设置的双层屏蔽外壳2；所述信号引出线3一端连接传感器的接线引脚11，另一端连接第一导电卡扣401，双层屏蔽外壳2上设置供第一导电卡扣401穿过的第一定位孔，第一导电卡扣与双层屏蔽外壳2通过粘连进行非电性连接；成型面料层5包括分别覆盖于双层屏蔽外壳2顶面和底面的顶面面料51、底面面料52。成型面料层5与传感器封装单元进行粘接、或卡扣连接、或两种连接方式结合加强连接。

顶面面料51和底面面料52的形状与屏蔽外壳2的形状相同，规格略大，通过与屏蔽外壳的粘连将传感器封装单元完全包裹。优选地，顶面面料51和底面面料52上分别均匀涂满绝缘胶，既可以固定屏蔽外壳的位置，又可以使顶面面料51与底面面料52粘接牢固，对信号无影响。

上述传感器封装结构，通过设置双层屏蔽外壳2，提高传感器1的信号采集精度、降低信号干扰，通过与外部设置的成型面料层5的粘接，对传感器封装单元进行封装，同时通过卡扣结构加强传感器封装结构与外部成型面料层5的固定连接。上述结构设置提高了传感器封装结构的整体结构的连接稳定性，且信号屏蔽效果好，不仅提高了信号采集精准度，并且拆装和维修便利，可回收使用，利用率高。

其中，传感器1为压电薄膜传感器或压电陶瓷传感器。本实施例中，如图2所示，传感器1为压电薄膜传感器，用于采集待测对象的实时生理信号。所述压电薄膜传感器为pvdf(polyvinylidenefluoride，又称聚偏氟乙烯)压电薄膜传感器，pvdf压电薄膜传感器具有整体质薄、量轻、柔软、可以无源工作、耐用、灵敏度高、带宽范围宽等优点，特别适合用于人体生理信号的监测。

所述双层屏蔽外壳2包括相连的顶层屏蔽外壳21和底层屏蔽外壳22，顶层屏蔽外壳21和底层屏蔽外壳22可以为分体设置，通过机械连接或者非导电胶粘连；如图3-4所示，本实施例中，顶层屏蔽外壳21和底层屏蔽外壳22为一体结构折叠而成，如由一张铝箔折叠形成。

为了实现电磁屏蔽效果，上述双层屏蔽外壳采用铝箔、铜箔、导电胶、导电布或镀铝pet材质。优选地，本实施例中，上述双层屏蔽外壳2采用铝箔，由于铝箔为金属、质地柔软、延展性好，导电性能优良，加工成本和材料成本低，制备成的屏蔽外壳2的信号屏蔽效果好。优选地，铝箔厚度范围为0.01mm～0.1mm，这种厚度的铝箔的屏蔽效果得到进一步地提升。

上述双层屏蔽外壳2通过不导电胶与传感器1相粘合，屏蔽外壳2的备胶一面黏合传感器，无胶一面朝外形成导电面，两个屏蔽外壳将所述传感器1整体包裹在中间，形成封闭式壳体，实现电磁屏蔽。所述屏蔽外壳2主要是针对传感器主体在原始信号的采集过程，用于屏蔽来自人体意外的信号对传感器的干扰，包括电磁信号，皮肤电，静电等，极大程度的避免外界电磁波混入传感器采集到的原始信号，使得采集到的原始信号更接近实际原始信号。

双层屏蔽外壳2的形状略大于传感器形状，使其能完全覆盖传感器1，又能降低成本。双层屏蔽外壳2上设置供卡扣结构贯穿的定位孔。优选地，为了便于与第一导电卡扣的配合，屏蔽外壳2的卡扣结构连接端的宽度进行扩大设置。

可选地，所述信号引出线3为铜编织线。铜编织线另一端连接在第一导电卡扣的子扣421的底面。连接方式可选焊接以及其他具备导电性能的连接方式。可选地，所述两条铜编织线分别焊接在所述传感器相应的接线引脚11上，使用绝缘胶包裹焊接处的铜编织线及传感器接线引脚，避免与屏蔽外壳(铝箔)短路。

可选地，图6-9示出了本发明的另一个可选地实施例。

本实施例中，所述第一导电卡扣401为金属材质的四合扣、子母扣或工字扣；其中，第一导电卡扣401设置为两个，第一导电卡扣包括第一子扣421和第一母扣，屏蔽外壳上设置用于定位第一导电卡扣的第一定位孔81，第一导电卡扣的第一子扣421贯穿底层屏蔽外壳22和相邻成型面料层5后与第一母扣进行卡扣连接，两个第一子扣421的基部分别与两条信号引出线3进行连接，供第一子扣421贯穿的第一定位孔81直径大于第一子扣421的直径，第一子扣421被绝缘胶包裹并与屏蔽外壳2进行粘接。上述设置是为避免由于第一导电卡扣401与屏蔽外壳2直接接触导致电路短路的问题。通过第一导电卡扣401的设置，不仅实现了传感器1与外部电路(如信号调理电路)的电连接，同时还将屏蔽外壳2与成型面料层5的卡扣连接。实际使用时，两个第一导电卡扣的母扣分别与电路的正极、负极连接。

所述的传感器封装结构，还包括一个第二导电卡扣402，第二导电卡扣402为金属材质的四合扣、子母扣或工字扣；顶层屏蔽外壳、底层屏蔽外壳上对应设置供第二导电卡扣的第二子扣422贯穿的第二定位孔82；第二导电卡扣的第二子扣422贯穿顶层屏蔽外壳21、底层屏蔽外壳22和相邻成型面料层52设置，并与成型面料层外侧的第二母扣扣合，顶面面料51覆盖并粘结第二子扣422，第二导电卡扣的子扣422分别与顶层屏蔽外壳21、底层屏蔽外壳22进行电连接。

上述设置是为了使第二导电子扣422电连接于铝箔屏蔽层，便于通过第二导电卡扣402的第二母扣与电路(如信号调理电路)的接地端连接，提高信号屏蔽效果。其次，上述第二导电卡扣的子扣的设置，进一步地加强整个传感器封装单元的结构稳定性以及其与外部成型面料层的固定连接。本实施例中，为降低制造和加工成本，简化结构，第二导电卡扣的子扣422的数量为1个，介于两个第一导电卡扣的子扣421之间的位置，这样设置的连接效果和信号屏蔽效果更好。

进一步地，所述的传感器封装结构，还包括至少一个第三卡扣403，成型面料层5上设置与第三卡扣配合的第三定位孔83，第三卡扣403为四合扣、子母扣或工字扣，第三卡扣的第三子扣423只贯穿顶面面料51和底面面料52后与第三母扣进行卡扣连接；所述第三卡扣设置为位于远离第一导电卡扣的侧边的一个或者多个；或者第三卡扣设置为对称分布于传感器封装结构的对应两侧或四周设置的多个。第三卡扣403与屏蔽外壳不接触。

本发明中三种卡扣结构都可采用四合扣、子母扣或工字扣，如图5为两种可选的四合扣(包括相互卡和的母扣41和子扣42)和子母扣结构(包括相互卡和的母扣41’和子扣42’)。

对采用本发明方法封装的传感器以及未封装的传感器进行性能测试，如图10为两传感器的底噪对比，未进行封装的传感器(下波形92)的底噪为本发明进行封装的传感器(上波形91)的数十倍。图11为两传感器在相同输入激励下的信号波形图，本发明进行封装的传感器(上波形93)的信号强度明显高于未进行封装的传感器(下波形94)的信号强度，其强度增幅约为四倍。显而易见地，相较于未进行封装的传感器，本发明进行封装的传感器在在底噪、灵敏度和抗干扰能力上得到了很明显的提高和改善。

本发明还提供一种如上所述的便于拆卸的传感器封装结构的封装方法，其包括以下步骤：

s1、将双层屏蔽外壳2与底面面料52的孔对齐放置，使屏蔽外壳不带胶外侧与底面面料52接触并粘合。

s2、将信号引出线3一端连接传感器1的接线引脚11，另一端连接第一导电卡扣的第一子扣421。

s3、将两个第一导电卡扣的第一子扣421分别放置在底层屏蔽外壳22的两个第一定位孔81内，第一子扣421与第一定位孔81边缘不接触，通过绝缘胶7将子扣421与屏蔽外壳2粘接；同时将传感器1放置在屏蔽外壳带胶一侧，盖合后的顶层屏蔽外壳21可以完全覆盖传感器、信号引出线3、子扣42和绝缘胶7；

s4、将第二导电卡扣的第二子扣422置入顶面屏蔽外壳21的导电面的第二定位孔82内，将顶面面料51带胶面一侧与顶面屏蔽外壳21导电面粘合，将双层屏蔽外壳、传感器进行完全包裹。

s6、将第三卡扣的第三子扣423置入第三定位孔83中，利用压扣机分别将各种母扣与对应的子扣压成一体，完成封装。

上述传感器封装结构的封装方法简单、易操作，封装效率高，便于进行工业化扩大生产，制备成的传感器封装结构的连接强度高，定位准，信号屏蔽性能优异，还便于拆装和维修。上述传感器封装结构可广泛应用于各种服饰，如服装、围巾、其他配饰等，用于在服饰穿戴过程中对人体生理信号的进行采集。

本发明还提供一种智能服饰，包括服饰主体和如上所述的固定于服饰主体的传感器封装结构，传感器封装结构将采集的人体生理信号通过相连的信号调理电路输出检测信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。