一种五边辐式柔性温压双模态传感器

本发明涉及柔性可穿戴电子，尤其是涉及一种五边辐式柔性温压双模态传感器。

背景技术：

1、柔性可穿戴电子技术是一种新兴的电子技术，它将传统的硬性电子设备转变为柔性、轻便、舒适的可穿戴设备。其中核心部分是柔性传感技术，如温度传感技术，压力传感技术。随着实际需求的不断提高，单一模态敏感的传感器无法满足市场需求，双模态、多模态传感器不断发展，其中温度和压力两个普遍常见的物理量，逐渐成为传感领域的关注重点。温度传感技术大概分为热电阻式和热电偶式，压力传感技术大概分为压电式、压阻式、谐振式和电容式。不同作用原理的传感技术所选用的敏感材料各不相同，在实际制造过程中都会选择一种或多种兼容性好的敏感材料。例如，中国专利申请：一种柔性温度压力传感器（专利申请号cn202211096352.2）中传感器由多级微结构组成，结构复杂，电极薄膜材料为氧化铟锡，介电层的材料为聚二甲基硅氧烷混合物，其制造工艺复杂，造价高。因此如何同时保证柔性衬底良好的柔韧性和敏感材料的兼容性是目前柔性温压一体化传感器亟需解决的难题。

2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种五边辐式柔性温压双模态传感器，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种五边辐式柔性温压双模态传感器，包括柔性衬底层和柔性封装层，其中，

4、所述柔性衬底层设有矩形腔体，腔体高度与柔性衬底厚度相同，贯通衬底层，使得腔体内的工作气体与外界连通；其表面设置有图形化电极的金属温敏薄膜，分为横向分布和纵向分布两种图形化电极金属温敏薄膜，五个横向分布的金属温敏薄膜作为温度检测单元，一个纵向分布的金属温敏薄膜与封装层联用作为压力检测单元；

5、所述柔性封装层与衬底层保持密闭连接；

6、定义所述柔性封装层上表面中心位置的纵向分布温敏薄膜的平行方向为y向，垂直方向为x向，其高度方向为z向；纵向分布温敏薄膜正上方放置横向分布温敏薄膜，其平行方向为x向，以其中心为一个端点，做正五边形，其他四个端点为另外四个横向分布温敏薄膜的中心，这五个横向分布的温敏薄膜按环形阵列分布，形成五边辐式结构。

7、进一步，所述柔性封装层由硅酸凝胶制成；所述柔性衬底层由聚酰亚胺制成，其表面上图形化电极金属温敏薄膜材料为cr/pt组成的多层金属材料。这些材料具有良好的应力小、粘附性好、厚度均匀、可焊性好的特性。铂的电阻温度系数较为稳定且线性度好，有利于实现高精度的温度和压力测量，能够在较高温度环境下正常工作，适用于一些温度变化较大的应用场景。

8、进一步，所述图形化电极金属温敏薄膜厚度为h，0.1μm≤h≤2μm。较薄的厚度具有应力小、粘附性好、可焊接性好等优点。由于金属薄膜的厚度较小，其内部应力也相应减小，这对于保持mems器件的稳定性和可靠性至关重要。薄金属膜具有良好的粘附性，能够确保金属膜与基底或其他金属层之间的牢固结合，避免脱落或分层现象。薄金属膜具有良好的可焊性，便于mems器件与其他电子元件的连接，提高整体电路的可靠性。

9、进一步，所述柔性封装层为圆柱体，半径为r1，3mm≤r1≤8mm，厚度为h1，1mm≤h1≤5mm。圆柱体的传感器形状，使得其结构更加紧凑，减少无效部分的体积，使其减轻对于温度和压力检测的干扰。提高传感器的检测精度和灵敏度，有助于减轻整个传感器的重量，使其在应用中对被检测对象的负担更小，能更好地贴合被测物体的表面，确保压力和温度的准确传递和检测，有利于热量的快速传递，从而改善温度检测的响应速度和准确性。

10、进一步，所述柔性衬底层为圆柱体，半径为r2，3mm≤r2≤8mm，厚度为h2，3mm≤h2≤6mm。衬底层与封装层形状保持一致，使得传感器整体结构简洁，减少无效部分的占比。在工作时消耗的功率较低，有助于延长电池寿命或降低整体能耗，有助于热量的快速传递和交换，提高温度检测的准确性和及时性。

11、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

12、1.本发明具有多功能性，能同时检测温度和压力，由于采用柔性材料制作，可适用于曲面测量，适应性更广，在医疗设备、智能穿戴领域有广泛应用。

13、2.本发明提出一种五边辐式柔性温压双模态传感器，继承了mems工艺结构简单、成本低、功耗低等优点。

14、3.本发明提出一种五边辐式柔性温压双模态传感器，与现有技术对比，所设计的结构稳定性强，五边形的辐条分布均匀，这意味着辐条之间的力量分布也更加均匀。当感受压力时，而五边形电阻丝的均匀分布可以有效地分散这些力量，减少了局部应力集中造成的测量误差，从而提高了整个传感器结构稳定性和精度。

15、4.本发明提出一种五边辐式柔性温压双模态传感器，在实际应用时，散热性能好，其五边辐的形状有利于感受温度变化。通过更有效地散热，可以提高温度传感器的感热范围。有助于在整个传感器区域内分散热量，使温度读数更均匀，减少热点和局部过热的所造成的误差，进一步提高精度。

技术特征：

1.一种五边辐式柔性温压双模态传感器，其特征在于，包括柔性衬底层和柔性封装层，其中，

2.根据权利要求1所述的五边辐式柔性温压双模态传感器，其特征在于，所述柔性封装层由硅酸凝胶制成；所述柔性衬底层由聚酰亚胺制成，其表面上图形化电极金属温敏薄膜材料为cr/pt组成的多层金属材料。

3.根据权利要求1所述的五边辐式柔性温压双模态传感器，其特征在于，所述图形化电极金属温敏薄膜厚度为h，0.1μm≤h≤2μm。

4.根据权利要求1所述的五边辐式柔性温压双模态传感器，其特征在于，所述柔性封装层为圆柱体，半径为r1，3mm≤r1≤8mm，厚度为h1，1mm≤h1≤5mm。

5.根据权利要求1所述的五边辐式柔性温压双模态传感器，其特征在于，所述柔性衬底层为圆柱体，半径为r2，3mm≤r2≤8mm，厚度为h2，3mm≤h2≤6mm。

技术总结本发明公开了一种五边辐式柔性温压双模态传感器，属于柔性可穿戴电子领域。该传感器主要包括柔性衬底层和柔性封装层，衬底层的上表面设置有五个横向分布的金属温敏薄膜作为温度检测单元；一个纵向分布的金属温敏薄膜作为压力检测单元；柔性衬底层设有空腔，且与封装层的密闭连接。五边辐式温敏薄膜的均匀分布可以有效地分散压力，减小局部应力集中所造成的测量误差，结构稳定性强。温敏薄膜采用MEMS技术进行加工制作，具有轻量化、造价低、制作工艺简单等优点，可广泛应用于可穿戴电子设备等领域。技术研发人员：朴林华,孙嘉浩,刘珺宇,马炫霖受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9