本发明公开了一种基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器,电容式传感器包括：上极板、下极板和电容测量电路，上下极板均由利乐包装制成，将利乐包装的铝箔层作为金属电极，聚乙烯(PE)层作为绝缘介质，直接构成电容器。使用时分别将两极板粘贴在被测物体表面即可实现电学测量，实际测量中根据需要可构造变极距型、变面积型或变介质型电容式传感器。本发明能够有效回收利用废旧利乐包装，极大地提高其附加值，并制造一种工艺简易、成本低廉、绿色环保的柔性电容式传感器，可广泛应用于位移、速度、转角探测等领域，在废物利用和节能减排方面具有重要意义。
1.一种基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器，其特征在于，包括柔性电容式传感器上极板(1)、柔性电容式传感器下极板(2)及电容测量电路(4)，所述柔性电容式传感器上极板(1)及柔性电容式传感器下极板(2)上均设置高介电常数电介质材料层(10)；
柔性电容式传感器上极板(1)及柔性电容式传感器下极板(2)均为利乐包装，电容测量电路(4)与柔性电容式传感器上极板(1)中的利乐包装铝箔层(5)及柔性电容式传感器下极板(2)中的利乐包装铝箔层(5)相连接；
所述利乐包装包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部PE层(6)、利乐包装铝箔层(5)、利乐包装纸板层内部PE层(8)、利乐包装纸板层(7)及利乐包装纸板层外部PE层(9)，高介电常数电介质材料层(10)覆盖于利乐铝箔层外部PE层(6)上；
还包括两个引出电极(3)，其中，柔性电容式传感器上极板(1)中的利乐包装铝箔层(5)经一个引出电极(3)与电容测量电路(4)相连接，柔性电容式传感器下极板(2)中的利乐包装铝箔层(5)经另一个引出电极(3)与电容测量电路(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器，其特征在于，在制作时，取两块利乐包装，再将利乐包装中的利乐铝箔层外部PE层(6)剥开，以露出利乐包装铝箔层(5)，再将引出电极(3)与利乐包装铝箔层(5)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器，其特征在于，该柔性电容式传感器为变极距型传感器、变面积型传感器或变介质型传感器，能够用于位移、速度、转角、转速、液位及流速的测量。
4.根据权利要求1所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器，其特征在于，制作时，直接将利乐包装的导电铝箔层(5)作为电容式传感器的金属电极，将铝箔层表面的利乐铝箔层外部PE层(6)作为电容式传感器的绝缘电介质，在使用时，将柔性电容式传感器上极板(1)及柔性电容式传感器下极板(2)相向粘贴在被测物体表面。
一种基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种传感器，具体涉及一种基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器。
背景技术
[0002] 电容式传感器是以各类电容器为传感元件，将被测物理量如位移、速度、液位、压力等的变化转换为电容量变化的一种传感器。传感器通常包含两个导电极板和中间层绝缘介质，被测物理量通过改变传感器的电容参数即可实现与传感器电容量的转换。根据转换原理的不同，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型传感器。近年来柔性电容式传感器发展迅速，该类传感器采用柔性材料制成，能够根据被测物体、使用环境的不同实现形状的自由弯曲和变化，由于其使用上的灵活性，被广泛应用于包括可穿戴设备、纺织品、机器人等众多领域。但柔性传感器材料加工工序复杂、集成困难的特点使得传感器的制作成本较高，目前该领域还处于起步阶段，有着巨大的研究前景和创新空间，急需制造一种工艺简易、成本低廉的柔性传感器。
[0003] 利乐包装是瑞典利乐公司(Tetra Pak)开发出的一系列用于液体食品的包装产品，广泛用于奶制品、果汁饮料等饮品的包装。该包装由纸、铝、塑料组成的六层复合纸构成。利乐包装的大规模使用给生活带来便捷，但也造成了废旧包装回收利用的难题。目前针对废旧利乐包装的回收利用主要有两种方式，一是将包装纸中的各层材料分离，分别回收处理；另一种方式则是将废旧包装粉碎热压，制作成其他板材等。但无论哪一种方式都需要耗费不小的财力物力，在废旧利乐包装回收领域还存在着较大空白，如何有效提高其附加值，是本领域当前的重难点问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器，该传感器具有成本低及工艺简易的特点，同时能够实现利乐包装的回收利用。
[0005] 为达到上述目的，本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器包括柔性电容式传感器上极板、柔性电容式传感器下极板及电容测量电路，所述柔性电容式传感器上极板及柔性电容式传感器下极板上均可以设置高介电常数电介质材料层；
[0006] 柔性电容式传感器上极板及柔性电容式传感器下极板均为利乐包装，所述利乐包装包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部PE层、利乐包装铝箔层、利乐包装纸板层内部PE层、利乐包装纸板层及利乐包装纸板层外部PE层，高介电常数电介质材料层覆盖于利乐铝箔层外部PE层上。
[0007] 电容测量电路与柔性电容式传感器上、下极板中的利乐包装铝箔层相连接。在制作时，取两块利乐包装，再将利乐包装中的利乐铝箔层外部PE层剥开，以露出利乐包装铝箔层，再将引出电极与利乐包装铝箔层相连接。
[0008] 该柔性电容式传感器可以作为变极距型传感器、变面积型传感器或变介质型传感器使用。在使用时，将上、下极板相向粘贴在被测物体表面即可。
[0009] 本发明具有以下有益效果：
[0010] 本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器在具体操作时，直接采用利乐包装作为柔性电容式传感器上极板及柔性电容式传感器下极板。其中，利乐包装具有柔性、低成本、各加工性强的特点，同时工艺较为简单，极大地降低了柔性传感器的生产成本。在制作时，可以使用废旧的利乐包装，实现固废资源的有效利用，绿色环保，节能减排。
附图说明
[0011] 图1为本发明所述柔性电容式传感器示意图；
[0012] 图2为本发明所述电容式位移传感器实物图；
[0013] 图3为本发明所述电容式位移传感器的电容量随位移量变化图。
[0014] 其中，1为柔性电容式传感器上极板、2为柔性电容式传感器下极板、3为引出电极、4为电容测量电路、5为利乐包装铝箔层、6为利乐铝箔层外部PE层、7为利乐包装纸板层、8为利乐包装纸板层内部PE层、9为利乐包装纸板层外部PE层、10为高介电常数电介质材料层。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0016] 参考图1，本发明所述的基于纸铝塑包装材料的柔性电容式传感器包括柔性电容式传感器上极板1、柔性电容式传感器下极板2及电容测量电路4，所述柔性电容式传感器上极板1及柔性电容式传感器下极板2上均可以设置高介电常数电介质材料层10；柔性电容式传感器上极板1及柔性电容式传感器下极板2均为利乐包装，电容测量电路4与柔性电容式传感器上极板1中的利乐包装铝箔层5及柔性电容式传感器下极板2中的利乐包装铝箔层5相连接。
[0017] 所述利乐包装包括自上到下依次分布的利乐铝箔层外部PE层6、利乐包装铝箔层5、利乐包装纸板层内部PE层8、利乐包装纸板层7及利乐包装纸板层外部PE层9，高介电常数电介质材料层10覆盖于利乐铝箔层外部PE层6上。其中铝箔层具有金属导电性，可作为电容器金属电极使用。而PE层为绝缘材料，因此将两片利乐包装的铝箔层面对面放置时，PE层作为绝缘介质保证两片铝箔层上的电荷不会相互中和，形成电容器结构。制作时，直接将利乐包装的导电铝箔层5作为电容式传感器的金属电极，将铝箔层表面的利乐铝箔层外部PE层6作为电容式传感器的绝缘电介质，在使用时，将柔性电容式传感器上极板1及柔性电容式传感器下极板2相向粘贴在被测物体表面。
[0018] 为提高传感器的灵敏度，本发明设置有高介电常数电介质材料层10，同时采用热处理方法将利乐包装铝箔层5经引出电极3接入电容测量电路4。在使用时，直接将两极板面对面固定在被测物体表面，采用变极距、变面积或变介质的方式将外部物理量转化为传感器电容量，需要说明的是，本发明可用于位移、速度、转角、转速、液位及流速的测量。
[0019] 实施例一
[0020] 参考图2，利用本发明所述的柔性电容式传感器测量位移，将本发明固定在两亚克力平板上，通过将被测物体位移量转化为柔性电容式传感器上极板1及柔性电容式传感器下极板2相对面积的改变，利用变面积法实现测量。测量数据和拟合出的直线如图3所示。拟2
合优度为R＝0.9918，具有极好的线性度，可实现0‑16厘米范围内的精确位移测量。此外，通过计算单位时间内的电容变化率，即可利用本发明实现物体平动速度的测量。
[0021] 实施例二
[0022] 同样使用变面积法，将本发明固定在两根同轴圆柱/圆管上，传感器两极板分别覆盖在内部圆柱体外侧和外部圆管内壁。固定外部圆管不动，内部圆柱转动，就可以根据传感器的电容值确定圆柱轴转过的角度，实现转角测定，还可进一步通过检测电容量变化速率确定转轴转速。
[0023] 实施例三
[0024] 本发明还可使用变介质法测量液体的液位，即将柔性电容式传感器上极板1及柔性电容式传感器下极板2竖直插入液体中，并固定传感器位置。被测液体便填充在柔性电容式传感器上极板1与柔性电容式传感器下极板2之间的空间内，作为介质改变传感器的电容量。通过测量电容量即可确定当前的液体液位，另外通过测量一段时间内的电容变化率，结合容器横截面积大小，即可得到液体流入或流出的速度。
