基于双层非对称式LC谐振的无线无源柔性压力传感器的制作方法

本发明涉及柔性压力传感器领域，具体来说是一种基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器。

背景技术：

柔性压力传感器具有体积小，灵敏度高，可承受形变大等特点，在电子皮肤，医疗检测以及可穿戴设备等重要领域得到很好地应用。现有的电容式柔性压力传感器具有高灵敏度、快速的动态响应等优点，但都是采用有源结构，需在柔性基底上溅射金属电极，在实际应用中存在工作效率低、维护成本高以及能耗高等问题。所以要求无线无源的设计以避免当前有线结构传感器的应用缺点，扩大传感器的应用范围。

目前，实现传感器无线无源的方式有：1)lc无线无源技术，通过检测天线与平面螺旋电感通过无线耦合建立联系，产生谐振频率；2)声表面波(saw)技术，当传感器受到压力时，其压电基片会产生saw，根据前后波的不同特性可以分析出传感器所受到的应变大小；3)射频识别技术(rfid)，在传感器上连接一种射频电路。工作时，阅读器上的高频模块中的发射器发射射频信号，应答器上的耦合元件接受到能量，激活应答器上的数据载体模块，然后把数据通过天线发送出去，被接收器接收到，以实现无线检测。后两种方法都需要复杂且昂贵的信号处理电路，相比之下lc谐振式器件具有制造工序少、线性度好、灵敏度高、信号处理电路简单、功耗低等优点，所以将lc谐振的方式应用于柔性压力传感器中。但lc谐振的无线无源技术存在测量距离短、灵敏度低的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，解决现有技术中lc谐振的无线无源技术存在测量距离短、灵敏度低等问题。

本发明的技术方案为：

一种基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，柔性基底两侧分别印制有lc谐振回路，并且为非对称结构，两侧平面螺旋电感分别采用顺时针由内向外旋绕方向以及逆时针由内向外旋绕方向。

所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷材料，其介电常数为2.7。

所述柔性基底的长×宽×高＝50×50×0.3mm。

所述平面螺旋电感共有7匝线圈，总面积＝30×30mm。

所述印制方法为丝网印刷的方法用银浆进行制备。

本发明有益效果：

1.本发明采用双层非对称式lc谐振回路结构，可以优化基于lc谐振的无线无源传感器的检测距离以及灵敏度。

2.本发明采用聚二甲基硅氧烷(pdms)柔性衬底，可以满足可穿戴器件、电子皮肤、医疗检测等方面的应用。

3.本发明结构简单，易于加工。

附图说明

图1为本发明中柔性基底一侧顺时针(由内向外)绕向平面螺旋电感结构示意图；

图2为本发明中柔性基底另一侧逆时针(由内向外)绕向平面螺旋电感结构示意图；

图3为本发明与单层lc谐振回路的s11参数对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，进行进一步的详细说明。

将顺时针(由内向外)绕向的平面螺旋电感印刷于柔性基底聚二甲基硅氧烷(pdms)一侧，同时将逆时针(由内向外)绕向的平面螺旋电感印刷于柔性基底另一侧。检测线圈产生交变磁场，与柔性基底上下两侧的非对称式lc回路产生耦合，使得检测线圈上产生谐振频率。当基底受到压力作用时，在非对称式双层lc结构下，检测线圈的最远测量距离有所提高，并且谐振点的偏移量有所增大，有效的提高了基于lc谐振回路无线无源柔性压力传感器的测量距离以及灵敏度。

本发明的上层顺时针(由内到外)绕向平面螺旋电感结构如图1所示，下层逆时针(由内到外)绕向平面螺旋电感结构如图2所示，采用丝网印刷的方法用银浆进行制备。

基底1是柔性基底pdms，上层印有顺时针(由内到外)绕向平面螺旋电感结构2，下层印有逆时针转向(由内到外)绕向平面螺旋电感结构3；

所述柔性基底1的长×宽×高＝50×50×0.3mm，采用的材料为聚二甲基硅氧烷(pdms)，其介电常数为2.7。

上层顺时针(由内到外)绕向平面螺旋电感2结构共7匝线圈，总面积为30×30mm，线圈宽度为0.3mm，线圈间隙宽度为0.3mm。

下层逆时针(由内到外)绕向平面螺旋电感3结构共7匝线圈，总面积为30×30mm，线圈宽度为0.3mm，线圈间隙宽度为0.3mm。

图3是本实施例中与单层lc谐振回路的谐振频率仿真对比图。本发明的双层非对称式lc谐振回路结构具有更低的s11参数。

本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

技术特征：

1.一种基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，其特征在于，柔性基底两侧分别印制有lc谐振回路，并且为非对称结构，两侧平面螺旋电感分别采用顺时针由内向外旋绕方向以及逆时针由内向外旋绕方向。

2.根据权利要求1所述基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷材料，其介电常数为2.7。

3.根据权利要求1所述基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性基底的长×宽×高＝50×50×0.3mm。

4.根据权利要求1所述基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述平面螺旋电感共有7匝线圈，总面积＝30×30mm。

5.根据权利要求1所述基于双层非对称式lc谐振的无线无源柔性压力传感器，其特征在于，所述印制方法为丝网印刷的方法用银浆进行制备。

技术总结
本发明公开了一种基于双层非对称式LC谐振的无线无源柔性压力传感器，柔性基底两侧分别印制有LC谐振回路，并且为非对称结构，两侧平面螺旋电感分别采用顺时针由内向外旋绕方向以及逆时针由内向外旋绕方向。本发明采用双层非对称式LC谐振回路结构，可以优化基于LC谐振的无线无源传感器的检测距离以及灵敏度。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底，可以满足可穿戴器件、电子皮肤、医疗检测等方面的应用。

技术研发人员：杨林;于仕辉;娄文涛;秦国轩
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2020.02.29
技术公布日：2020.07.07