一种可多组压力测量的纸基压力传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种可多组压力测量的纸基压力传感器。

背景技术：

纸基压力传感器是一种以纸为基材、碳膜为敏感材料，将力信号转变为相应的电信号，主要用于各种力的测量。其在生物医疗、半导体器件、智能玩具以及智能包装等领域中有重要应用。随着柔性电子技术的发展以及电子器件的绿色、环保等要求，纸基压力传感器因表面微纳结构、低成本以及灵敏度高等特点而逐渐成为新的发展趋势，但目前其制备工艺复杂、与印刷电子线路兼容性差，且工作效率低，只能测量外界单一压力的大小。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种工作效率高，可以测量外界多组压力大小的可多组压力测量的纸基压力传感器。

为了解决上述技术问题，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可多组压力测量的纸基压力传感器，包括感应组件、支撑组件以及信号输出组件，所述信号输出组件设置在所述感应组件上，所述感应组件设置在所述支撑组件上，信号输出组件将感应组件的电信号进行输出；

所述感应组件包括纸基，所述纸基上设置有多个方形碳膜，所述方形碳膜均匀设置在所述纸基上；

所述支撑组件包括支撑座，所述支撑座上设置有空心区域，所述方形碳膜设置在所述空心区域正上方，且所述方形碳膜与所述空心区域一一对应。

进一步，所述方形碳膜为石墨烯、碳纳米管以及石墨中的任意一种材料制成。

进一步，所述支撑座为塑料、纸以及木头中的任意一种材料制成。

进一步，所述支撑座上涂覆有胶水，所述纸基通过胶水与所述支撑座连接，所述方形碳膜悬空设置在所述空心区域正上方。

进一步，所述纸基通过裁切、冲压或者激光切割工艺形成。

进一步，所述信号输出组件包括银固定块和导线，所述银固定块设置在所述方形碳膜边缘上，所述导线一端与银固定块连接，另一端与外接测量仪器相连；所述银固定块为导电银浆。

进一步，所述纸基可为一层、两层或多层；所述纸基可为相同或不同种类纸的组合。

进一步，所述支撑座上设置导胶槽，所述导胶槽设置在相邻空心区域之间；所述导胶槽横截面为V型或者W型。

本实用新型的有益效果：

通过在在纸基表面上均匀且呈规律的设置方形碳膜，扩大外界可施加压力的数量，从而提高其工作效率。同时在每个方形碳膜上直接引出信号输出组件，信号输出组件可与外接测量仪器直接连接，无需转接。本实用新型具备制备工艺简单、与印刷电子线路兼容好、工作效率高，同时可以测量外界多组压力大小等优点。

附图说明

图1是本实用新型一种可多组压力测量的纸基压力传感器的结构组成示意图；

图2是本实用新型一种可多组压力测量的纸基压力传感器的工作原理图。

附图标记说明：1、纸基；2、方形碳膜；3、银固定块；4、导线；5、空心区域；6、支撑座；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1-2所示，一种可多组压力测量的纸基1压力传感器，包括感应组件、支撑组件以及信号输出组件，所述信号输出组件设置在所述感应组件上，所述感应组件设置在所述支撑组件上，信号输出组件将感应组件的电信号进行输出；

所述感应组件包括纸基1，所述纸基1上设置有多个方形碳膜2，所述方形碳膜2均匀设置在所述纸基1上，呈现出有规律的排列，使其可以同时对外界多组压力进行实时感应；

所述支撑组件包括支撑座6，所述支撑座6上设置有空心区域5，所述方形碳膜2设置在所述空心区域5正上方，且所述方形碳膜2与所述空心区域5一一对应，支撑座6可以对感应组件与信号输出组件起支撑作用。

感应组件是纸基1压力传感器感应外界物理信息的重要部分，当外界多组压力(F1到F6)同时施加于纸基1表面上按照规律排列的方形碳膜2时，由于相对应的空心区域5会使方形碳膜2悬空，造成碳膜表面会因受到压力而发生较大的弯曲变形，从而引起自身电阻值变化。这些电阻值变化产生的电信号会经过由银固定块3与导线4构成的信号输出部分，直接输出到外接测量仪器中，全部同时进行实时测量显示。

通过在在纸基1表面上均匀且呈规律的设置方形碳膜2，扩大外界可施加压力的数量，从而提高其工作效率。同时在每个方形碳膜2上直接引出信号输出组件，信号输出组件可与外接测量仪器直接连接，无需转接。本实用新型具备制备工艺简单、与印刷电子线路兼容好、工作效率高，同时可以测量外界多组压力大小等优点。

所述纸基可为一层、两层或多层；所述纸基可为相同或不同种类纸的组合。

纸基可为一层、两层或多层，且所述纸基可为相同或不同种类纸的组合，一方面降低了传感器的制作成本，提高了传感器的环保等级且易回收；另一方面可有效提高传感器的灵敏度。

所述方形碳膜2为石墨烯、碳纳米管以及石墨中的任意一种材料制成。

所述支撑座6为塑料、纸以及木头中的任意一种材料制成。

所述支撑座6上涂覆有胶水，所述纸基1通过胶水与所述支撑座6连接，所述方形碳膜2悬空设置在所述空心区域5正上方。

进一步，所述支撑座上设置导胶槽，所述导胶槽设置在相邻空心区域之间；所述导胶槽横截面为V型或者W型。

导胶槽不仅可以将多余的胶水留在槽内，以免胶水溢出到空心区域或者纸基上堆积影响纸基的受力变形，降低传感器精度；另一方面，导胶槽使得涂胶更均匀，支撑座与纸基粘接效果更好。

所述纸基1通过裁切、冲压或者激光切割工艺形成。

所述信号输出组件包括银固定块3和导线4，所述银固定块3设置在所述方形碳膜2边缘上，所述导线4一端与银固定块3连接，另一端与外接测量仪器相连；所述银固定块3为导电银浆。

每个方形碳膜2上直接引出两根导线4，可与外接测量仪器直接连接，实现电信号的实时输出，无需转接，兼容性好。

本实用新型还包括一种可多组压力测量的纸基1压力传感器的制备方法，具体步骤包括：

步骤一、通过裁切、冲压或者激光切割工艺将纸基1和支撑座6裁剪为指定尺寸的矩形形状，在纸基1表面贴上呈规律排列的方形掩膜片，并在方形掩膜片上涂覆碳墨，对涂覆有碳墨的方形掩膜片放入烘箱内加热后，将纸基1上额方形掩膜片取下，从而在纸基1上制备出呈规律排列的方形碳膜2；

步骤二、将导电银浆用刷子在方形碳膜2边缘处涂抹薄薄的一层，静止0-1小时待导电银浆未完全干透，将导线4的一端放置于方形碳膜2边缘处，再将其静置1-4小时待导电银浆干透形成银固定块3；

步骤三、在支撑座6上切割出空心区域5，将方形碳膜2悬空置于空心区域5上方，且方形碳膜2与空心区域5一一对应，用胶水把纸基1与已切割出空心区域5的支撑座6进行粘连。

步骤一中，将涂覆有碳墨的方形掩膜片放入烘箱内，所述碳墨的厚度为20-75000μm，且在烘箱内的100-300℃下加热0.5-6.5分钟。

碳墨在使用前对其进行超声处理，处理时间为3-5min，超声处理完成后静置1-10min。

步骤一中，将加工好的支撑座6做表面平滑处理，然后再将基座以及支撑座6依次置于酒精、清洗液中各超声清洗处理5min；取出基座以及支撑座6后将两者置于烘箱中14-60℃烘烤3-15min使其完全干燥，取出后自然冷却至室温。

更优选的，本实用新型利用低功率的激光切割机切割出经过形状设计的纸基1，并在其表面贴上呈规律排列的方形碳膜2状的掩膜片，用毛刷蘸上碳墨，并均匀涂敷在呈规律排列的方形碳膜2状的掩模片上。涂敷完后，放入烘箱加热一段时间，用镊子夹取纸基1表面上的呈规律排列的方形碳膜2状的掩模片，从而在纸基1表面上制备出呈规律排列的方形碳膜2。同样，在纸基1表面上的方形碳膜2边缘处，用毛刷蘸上少量导电银浆，然后等到导电银浆未完全干燥时，用镊子夹取导线4放置于方形碳膜2边缘处。过一段时间后，银浆会自然风干，同时导线4也会牢牢固定在方形碳膜2边缘处，边缘处也形成银固定块3。此外，还需要利用低功率的激光切割机切割出经过形状设计的支撑座6，并对应着纸基1上面方形碳膜2的规律排列，在支撑座6上切割出空心区域5。最后，用胶水把表面上已涂敷方形碳膜2的纸基1与已切割出空心区域5的支撑座6进行粘连，在粘连过程中，需要保证方形碳膜2与空心区域5对应起来。该纸基1压力传感器整个制备过程中具有工艺简单、低成本以及可批量制造等特点。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。