基于梯度磁场的电感式压力传感器及其检测方法、制备方法

本发明涉及压力传感器，具体说，涉及一种基于梯度磁场的电感式压力传感器及其检测方法、制备方法

背景技术：

1、随着柔性电子技术的快速发展，柔性传感器作为其中的重要组成部分，得到了广泛的关注和研究。相比于传统的传感器存在体积大、质量重、与不规则表面共形性差、穿戴不舒适等问题，柔性传感器具有可以适应各种曲面形状，且轻薄柔软等特点；因此，在许多领域都有着广泛的应用前景。譬如，在医疗领域，可用于监测患者的生理参数，如心率、呼吸和体温等。

2、压力传感器是柔性传感器的重要组成部分，按照工作原理可分为压阻式、压电式、电容式、电感式等。相较于其他几类的传感器，电感式压力传感器具有响应速度快、耐候性好等优点，是目前研究的热点之一。与电阻式压力传感器相比，电感式压力传感器线性范围更宽；与压电式压力传感器相比，电感式压力传感器的响应速度更快；与电容式压力传感器相比，电感式压力传感器具有更好的耐久性；但是，由于电感式压力传感器的灵敏度相对较低，限制了其应用和发展。

3、现有技术中通过选择合适的磁体材料、设计合适的磁路形状以及优化磁体尺寸等方式来优化电感式传感器的灵敏度，但是，改进后仍然具有的弊端如下：1)上述改进多为刚性元件，并不适用于柔性传感器；2)灵敏度有待提升。

4、因此，亟需一种提升灵敏度的电感式压力传感器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于梯度磁场的电感式压力传感器及其检测方法、制备方法，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

2、一种基于梯度磁场的电感式压力传感器，包括，

3、磁膜组，所述磁膜组包括至少两个不同磁化方向的柔性磁膜；

4、柔性结构体，所述柔性磁膜附着于所述柔性结构体上；

5、电感元件，设置于所述柔性结构体下；

6、其中，在所述柔性磁膜与所述电感元件之间存在气隙。

7、进一步地，所述磁膜组为四个大小相同的柔性磁膜。

8、进一步地，所述柔性结构体为飞碟结构支撑体，所述柔性结构体包括上表面和下表面，所述柔性磁膜设置于所述上表面上，所述电感元件设置于所述下表面上。

9、进一步地，在下表面上设置有用于安装基座的基座安装孔，所述基座为中空的圆柱体；所述电感元件包括电感线圈以及设置于所述电感线圈中的磁芯，所述电感线圈容置于基座中。

10、进一步地，在所述柔性结构体上设置有通孔。

11、进一步地，在所述柔性结构体的上表面设置有褶皱，所述褶皱对应设置在所述基座的正上方。

12、进一步地，所述柔性结构体的高度为7-10mm。

13、进一步地，所述柔性结构体的壁厚为500-750μm。

14、进一步地，所述柔性结构体为3d打印的柔性光固化树脂件。

15、进一步地，所述柔性磁膜由柔性材料和磁性颗粒组成，其中，所述磁性颗粒的比例小于50％。

16、进一步地，所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷或ecoflex。

17、进一步地，所述磁性颗粒为钕铁硼、铁氧体纳米和微米颗粒中的一种或几种。

18、进一步地，所述柔性磁膜的厚度为300-600μm。

19、进一步地，所述电感元件包括电感线圈以及设置于所述电感线圈中的磁芯；所述电感线圈两端连接有阻抗分析仪。

20、进一步地，所述磁芯为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金和钴基非晶合金中的一种。

21、本发明还保护一种基于梯度磁场的电感式压力传感器的检测方法，应用于上述基于梯度磁场的电感式压力传感器，方法包括，

22、当压力作用在磁膜组的柔性磁膜上时，柔性磁膜形变并带动柔性结构体发生形变，导致柔性磁膜和电感元件之间的距离减小；其中，所述柔性磁膜附着于所述柔性结构体上，所述电感元件设置于所述柔性结构体下；至少两个不同磁化方向的柔性磁膜组成磁膜组；

23、柔性磁膜和电感元件之间的距离减小导致电感元件的外部磁场变化，进而导致电感元件的阻抗变化；

24、通过阻抗分析仪检测电感元件的阻抗变化，进而实现对压力的探测。

25、本发明还保护一种基于梯度磁场的电感式压力传感器的制备方法，应用于上述基于梯度磁场的电感式压力传感器，方法包括，

26、利用3d打印设备打印柔性结构体以及基座；

27、将电感元件利用柔性光固化树脂固定于所述基座中；其中，所述电感元件与阻抗分析仪相连接；

28、将设置有电感元件的基座穿过所述柔性结构体的下表面的基座安装孔，并利用柔性光固化树脂将所述基座固定于所述柔性结构体中；

29、在所述柔性结构体的上表面上放置预设的由柔性磁膜组成的磁膜组，完成基于梯度磁场的电感式压力传感器的制备；

30、其中，所述柔性磁膜的制备方法包括：制备柔性材料胶；按照设定比例在所述柔性材料胶中掺杂磁性颗粒，进行搅拌去泡后，倒入磁膜模具，静置流延后，65-100℃烘干1.5-2h；获得膜坯；将所述膜坯按照预设的磁化方向依次进行磁化处理后，放入磁膜模具并浇筑柔性材料胶，烘干1.5-2h；获得柔性磁膜。

31、如上所述，本发明提供一种基于梯度磁场的电感式压力传感器及其检测方法、制备方法，当压力作用在磁膜组的柔性磁膜上时，柔性磁膜形变并带动柔性结构体发生形变，导致柔性磁膜和电感元件之间的距离减小；其中，所述柔性磁膜附着于所述柔性结构体上，所述电感元件设置于所述柔性结构体下；柔性磁膜和电感元件之间的距离减小导致电感元件的外部磁场变化，进而导致电感元件的阻抗变化；通过阻抗分析仪检测电感元件的阻抗变化，进而实现对压力的探测。本发明的有益效果如下：

32、1)通过3d打印获得既有一定的支撑力又可以被磁膜带动形变的柔性结构体，解决了现有的压力传感器通过刚性元件感受压力，不适用于柔性传感器应用场景的问题；2)通过设置多个磁化方向的多个柔性磁膜组成磁膜组，提高了磁梯度，以及提高了对压力的输出响应，进而达到提高压力传感器的灵敏度的技术效果；3)本发明的柔性传感器具有结构简单、灵敏度高、成本低等特点，适用场景广泛的特点。

技术特征：

1.一种基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述磁膜组为四个大小相同的柔性磁膜。

3.根据权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性结构体为飞碟结构支撑体，所述柔性结构体包括上表面和下表面，所述柔性磁膜设置于所述上表面上，所述电感元件设置于所述下表面上。

4.根据权利要求3所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，在所述下表面上设置有用于安装基座的基座安装孔，所述基座为中空的圆柱体；所述电感元件包括电感线圈以及设置于所述电感线圈中的磁芯，所述电感线圈容置于所述基座中。

5.根据权利要求3所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，在所述柔性结构体上设置有通孔。

6.根据权利要求4所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，在所述柔性结构体的上表面设置有褶皱，所述褶皱对应设置在所述基座的正上方。

7.根据权利要求3所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性结构体的高度为7-10㎜。

8.根据权利要求3所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性结构体的壁厚为500-750μm。

9.根据权利要求3所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性结构体为3d打印的柔性光固化树脂件。

10.根据权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性磁膜由柔性材料和磁性颗粒组成，其中，所述磁性颗粒的比例小于50％。

11.根据权利要求10所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷或ecoflex。

12.根据权利要求10所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述磁性颗粒为钕铁硼、铁氧体纳米和微米颗粒中的一种或几种。

13.根据权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述柔性磁膜的厚度为300-600μm。

14.根据权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述电感元件包括电感线圈以及设置于所述电感线圈中的磁芯；在所述电感线圈两端连接有阻抗分析仪。

15.根据权利要求14所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，其特征在于，所述磁芯为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金和钴基非晶合金中的一种。

16.一种基于梯度磁场的电感式压力传感器的检测方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，方法包括，

17.一种基于梯度磁场的电感式压力传感器的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的基于梯度磁场的电感式压力传感器，方法包括，

技术总结
本发明提供一种基于梯度磁场的电感式压力传感器及其检测方法、制备方法，属于压力传感器技术领域，包括磁膜组、柔性结构体和电感元件，磁膜组包括至少两个不同磁化方向的柔性磁膜；柔性磁膜附着于柔性结构体上；电感元件设置于所述柔性结构体下；在柔性磁膜与电感元件之间存在气隙。本发明通过设置既有一定的支撑力又可以被磁膜带动形变的柔性结构体，解决了现有的压力传感器通过刚性元件感受压力，不适用于柔性传感器应用场景的问题；通过设置多个磁化方向的多个柔性磁膜组成磁膜组，提高了磁梯度，以及提高了对压力的输出响应，进而达到提高压力传感器的灵敏度的技术效果。

技术研发人员：尚杰,汪玲,马腾飞,项紫银,王逸韬,巫远招,边宝茹,刘宜伟,李润伟
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16