测微弱应力的传感器包括支撑壳体，以及位于支撑壳体内部的电感线圈2组成。
[0060]电感线圈2包括磁芯与空心线圈，磁芯穿过空心线圈内部。磁芯为钴基非晶软磁材料。线圈是铜线绕行100匝而制成。
[0061]支撑壳体呈中空圆柱状，又称“鼓状”结构。圆柱顶面为柔性支撑面I。柔性支撑面I上方连接柔性突起5，柔性支撑面下方连接磁场单元4，磁场单元4用于为电感线圈2提供磁场。柔性突起面呈椭圆面。
[0062]柔性支撑面材料为PDMS。柔性突起材料为PDMS。磁场单元由PDMS与分布在PDMS中的磁粉组成。
[0063]线圈两端与阻抗分析仪相连接，或者线圈两端与电阻构成惠斯通电桥结构，且线圈两端为惠斯通电桥的一个桥臂，惠斯通电桥的输出与电压表或电流表或阻抗分析仪相连接。
[0064]上述应力传感器的制备方法包括如下步骤:
[0065](I)制备磁场单元
[0066]PDMS主剂呈液态，由PDMS主剂与固化剂按质量比为10:1混合组成PDMS混合液，将PDMS混合液与磁粉按质量比为2:1混合均匀，在120°C中烘干I小时后取出，然后在2特斯拉磁场中磁化，得到磁场单元；
[0067](2)制备支撑壳体
[0068]支撑壳体由壳体底座以及壳体上部分组成，所述的壳体上部分包括除壳体底座外的壳体其余部分，即包括柔性支撑面I与壳体侧壁3 ;
[0069](2-1)制备壳体上部分
[0070]采用模具制备所述的壳体上部分，壳体上部分的模具结构示意图如图2所示，由上模具与下模具组成；将PDMS主剂与固化剂按照质量比为10:1混合均匀后灌注在下模具中，然后将步骤(I)制得的磁场单元放置在下模具底部中央位置，如图2中位置6所示，再扣合上模具，在120°C烘干3小时，得到集成磁场单元的壳体上部分8。
[0071](2-2)制备壳体底座
[0072]采用模具制备所述的壳体底座，壳体底座模具结构示意图如图3所示；将PDMS主剂与固化剂按照质量比为10:1混合均匀后灌注在壳体底座模具中，然后将电感线圈置于壳体底座模具的底部中央位置，如图3所示的位置7，再扣合上步骤(2-1)制得的集成磁场单元的壳体上部分8，经70°C烘干3小时后，得到集成磁场单元与电感线圈的支撑壳体。
[0073](3)制备突起
[0074]将PDMS主剂与固化剂按照质量比为5:1混合均匀后灌注于半椭圆形模具中，在60?120°C中烘干0.5?4小时后取出，得到突起。
[0075](4)将步骤(3)制得的突起放置在步骤(2)制得的柔性支撑体的支撑面上位于磁场单元正上方，连接位置处涂覆由PDMS主剂与固化剂混合形成的PDMS混合液，然后烘干，突起粘接在支撑体的支撑面上。
[0076]工作状态时，外界微弱应力作用在柔性突起5上，柔性突起5产生压应力带动柔性支撑面I发生形变，该柔性支撑面I的形变引起磁场单元4作用于电感线圈2中的磁通量变化，线圈阻抗随之改变，线圈两端为阻抗输出端，线圈两端输出该阻抗，从而实现了外界微弱应力的探测。
[0077]其中，外界微弱应力的来源不限，可以是脉搏的起伏、气流的冲撞、声音音量引起的振动等。
[0078]利用该应力传感器探测某人体脉搏起伏产生的应力，即将柔性突起接触人体脉搏，所得的探测结果图如图4所示，从图中可以得知该被探测者的心率周期以及脉搏强弱信息。
[0079]以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于探测微弱应力的传感器，其特征是:包括支撑壳体，以及位于支撑壳体内部的电感线圈；所述的电感线圈包括磁芯与空心线圈，磁芯穿过空心线圈内部； 所述的支撑壳体包括柔性支撑面，柔性支撑面上方连接柔性突起，柔性支撑面下方连接磁场单元，用于为电感线圈提供磁场； 工作状态时，外界微弱应力作用在柔性突起上，柔性突起产生压应力带动柔性支撑面发生形变，引起磁场单元作用于电感线圈中的磁通量变化，线圈阻抗随之改变，线圈两端为阻抗输出端，线圈两端输出该阻抗。
2.如权利要求1所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的外界微弱应力来源于脉搏的起伏、气流的冲撞或者声音音量引起的振动。
3.如权利要求1所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的柔性支撑面材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者橡胶等柔性材料； 作为优选，所述的柔性突起材料是PDMS或橡胶等柔性材料； 作为优选，所述的磁场单元由柔性材料PDMS与分布在PDMS中的磁粉组成。
4.如权利要求1所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的柔性支撑面材料的柔性大于柔性突起材料的柔性。
5.如权利要求1所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的磁芯为磁性金属、磁性合金、非晶磁性材料；作为优选，所述的磁芯为非晶磁致伸缩材料；进一步优选，所述的非晶磁致伸缩材料是铁基非晶软磁材料或者钴基非晶软磁材料。
6.如权利要求5所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的非晶磁致伸缩材料是 FeSiB、FeCuNbSiB, FeNiSiB, FeCoSiB, GdFeCo 或者 CoSiB。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的磁场单元位于柔性突起的正下方。
8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的支撑壳体的形状是中空柱体，其横截面形状是圆形、矩形或者多边形；或者，所述的支撑壳体的形状是中空锥体，其横截面形状是圆形、矩形或者多边形； 作为优选，所述的突起面形状是球面、椭圆面或者圆柱面。
9.如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于探测微弱应力的传感器，其特征是:所述的阻抗输出端与阻抗分析仪相连接，或者阻抗输出端与电阻构成惠斯通电桥结构，并且阻抗输出端为惠斯通电桥的一个桥臂，惠斯通电桥的输出与电压表或电流表或阻抗分析仪相连接。
10.制备如权利要求1至6中任一权利要求所述的用于探测微弱应力的传感器的方法，其特征是:所述的支撑壳体材料为PDMS、柔性突起材料为PDMS、磁场单元由PDMS与分布在PDMS中的磁粉组成，包括如下步骤: (I)制备磁场单元 PDMS主剂与固化剂组成PDMS混合液，将PDMS混合液与磁粉混合均匀，在60?120°C中烘干，然后取出在磁场中磁化； 步骤(I)中，作为优选，所述的PDMS混合液中，PDMS主剂与固化剂的质量比为10:1?2:1 ； 步骤(I)中，作为优选，所述的PDMS与磁粉的质量比为10:1?2:1 ; (2)制备支撑壳体 支撑壳体由壳体底座以及壳体上部分组成，所述的壳体上部分包括除壳体底座外的壳体其余部分，即包括柔性支撑面； (2-1)制备壳体上部分 采用模具制备所述的壳体上部分，壳体上部分的模具由上模具与下模具组成；将PDMS主剂与固化剂混合均匀后灌注在下模具中，然后将磁场单元放置在下模具底部中央位置，再扣合上模具，经烘干后，得到集成磁场单元的壳体上部分。 步骤(2-1)中，作为优选，PDMS主剂与固化剂的质量比为15:1?5:1 ; 步骤(2-1)中，作为优选，所述的烘干温度为60?80°C ; (2-2)制备壳体底座 采用模具制备所述的壳体底座；将PDMS主剂与固化剂混合均匀后灌注在壳体底座模具中，然后将电感线圈置于壳体底座模具的底部中央位置，再倒扣步骤(2-1)制得的集成磁场单元的壳体上部分，经烘干后，得到集成磁场单元与电感线圈的支撑壳体； 步骤(2-2)中，作为优选，PDMS主剂与固化剂的质量比为10:1?3:1 ; 步骤(2-2)中，作为优选，所述的烘干温度为60?100°C ; (3)制备突起 采用模具制备所述的突起，将PDMS主剂与固化剂混合均匀后置于突起模具中，烘干后取出脱模，得到突起； 步骤⑶中，作为优选，PDMS主剂与固化剂的质量比为10:1?2:1 ; 步骤(3)中，作为优选，所述的烘干温度为60?120°C ; (4)将步骤(3)制得的突起置于柔性支撑面的上表面，连接位置处涂覆PDMS主剂与固化剂的混合液，然后烘干，突起粘接在柔性支撑面上。 步骤⑷中，作为优选，PDMS主剂与固化剂的质量比为10:1?2:1 ; 步骤(4)中，作为优选，所述的烘干温度为60?120°C。
【专利摘要】本发明提供了一种用于探测微弱应力的传感器。该应力传感器包括支撑壳体以及位于支撑壳体内部的电感线圈；支撑壳体包括柔性支撑面，柔性支撑面上方连接柔性突起，柔性支撑面下方连接为电感线圈提供磁场的磁场单元；工作状态时，外界微弱应力作用在柔性突起上，柔性突起产生压应力带动柔性支撑面发生形变，引起磁场单元作用于电感线圈中的磁通量变化，线圈阻抗随之改变，线圈两端输出该阻抗，从而能够实现对外界微弱应力应变的探测，例如脉搏的起伏、气流的冲撞或者声音音量振动等所产生的应力。该应力传感器具有结构简单，成本低，灵敏度高的优点，具有良好的应用前景。
【IPC分类】G01L1-12, A61B5-02
【公开号】CN104697678
【申请号】CN201510102333
【发明人】巫远招, 刘宜伟, 李润伟, 李辉辉, 尚杰, 孙丹丹
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月9日