柔性压力传感器未来想象空间很大，但这个应用却很简单

慧闻科技 19700101

气体传感器研发并提供气体检测整体解决方案的高科技公司。公司开发的多通道气体传感阵列芯片及系统具有功耗低、体积小、灵敏度高、选择性好、智能化、可集成等诸多优点。" data-from="2" data-is_biz_ban="0" data-origin_num="56" data-isban="0" data-biz_account_status="0" data-index="0">

智能感知时代新引擎

柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性，可以自由弯曲甚至折叠，由于材料和结构灵活，柔性传感器可以根据应用场景任意布置，能够方便地对被测量单位进行检测。

所谓柔性，是与刚性相对而言的。柔性传感器采用了柔性基板，说是基板，其实是一种薄膜，通常采用聚酰亚胺（PI）、聚酯(PET)、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等材料制成。

从刚性到柔性的突破，极大拓展了传感器的应用场景。

不仅是游戏领域中的智能穿戴设备，还有医疗大健康领域的电子皮肤、疾病诊断设备、健康监测设备、智能颈枕、智能按摩设备，消费领域的智能手环、元宇宙手套，智能家居领域的智能床垫，甚至是马斯克提出的脑机接口。

部分柔性传感器

短跑明星苏炳添曾在《中国科学：信息科学》上发表了一篇名为《科学训练辅助：柔性可穿戴传感器运动检测应用》的论文，综述了近年来柔性电子、光电可穿戴传感器的最新研究进展，为制定更精准、可量化的科学训练方法与理论提供了支持。可以看出体育运动界对柔性传感器的巨大需求。当然，这只是冰山一角。

用于体育运动监测的多种传感器

柔性压力传感器简介

柔性压力传感器所探测的输入信号为压力信号，根据工作机理的不同，一般可以分为: 压阻式、电容式、压电式及其他类型 (摩擦发电式、有机场效应管等)，不同类型的传感器往往也具有不同的特点。

不同形式的压力传感器　(a)电容型; (b)电阻型; (c)压电型; (d)摩擦电型

例如柔性电容式压力传感器是通过感应材料电容量的变化，将力学信号转化为电容信号，其特点是对于微小力的作用敏感，能够检测微小的静态力; 柔性压电式压力传感器具有高灵敏度和快速响应的特点，被广泛应用于实时监测动态力学变化，但无法监测恒定的压力; 基于摩擦发电、有机场效应管的柔性压力传感器目前还存在稳定性差的问题，在压力监测过程中可能会出现测量信号漂移的现象。

相比以上几种柔性压力传感器，柔性压阻式压力传感器以器件结构简单、灵敏度高、响应快、制造成本低、稳定性好等优点被认为是下一代柔性压力传感器的理想选择。

压阻式传感器的性能参数

柔性压阻式压力传感器本身作为一种“媒介”，通过将施加的压力转化为电阻信号而对外界刺激做出响应，为了设计综合性能优异且实用性强的柔性压阻式压力传感器，需要一些性能参数来定量评估器件的综合性能。这些性能参数包括: 灵敏度、传感范围、响应时间、弛豫时间、迟滞及稳定性等。

不同结构下在压力下电阻变化情况

灵敏度 (S) 指电阻的相对变化随外加压力变化曲线的斜率, 是描述压力传感器将压力信号转变为电阻信号能力的关键性能参数. 柔性压阻式压力传感器灵敏度的公式为

S = (∆R/R0)/∆P

其中, ∆R为电阻的变化量, R0为无施加压力时的初始电阻值，∆P为施加的压力，因此要提高灵敏度，必须在∆P一定时提高(∆R/R0）比值。

一个较高灵敏度的压力传感器通常具有较高的信噪比和较低的检测限，从而使传感器可以检测到微小的压力变化。

传感范围（即量程）是指压力传感器在一个压力范围内工作, 并且在这个范围内的压力信号可以被正确地转化为电阻信号，传感范围根据压阻式压力传感器的实际应用领域不同具有较大的差异性。例如压阻式压力传感器在较小的传感范围内即可应用于电子笔、电动牙刷等微电子领域。但是, 当应用于人体称重领域如平衡车、智能鞋垫等，往往需要几十上百公斤的传感范围。应用性强且应用范围广的压力传感器需要获得较大的传感范围和较高的灵敏度值，大多数高灵敏度传感器往往具有较小的传感范围，因此在平衡灵敏度和传感范围方面需要厂家和用户之间就具体应用场景来应用传感器的特性。

响应时间是指柔性压阻式压力传感器的电阻信号达到稳定输出值 90% 时所需的时间;

弛豫时间是指柔性压阻式压力传感器在去除施加压力后电阻信号从稳定输出值变为初始值所需的时间。

二者是评价传感器实时动态压力传感性能的重要参数：一方面，与活性材料的黏弹性，以及材料和电极的接触情况有关; 另一方面，与读取传感器电阻值的设备分辨率有较大关联。

迟滞是指柔性压阻式压力传感器在去除负载压力时不能恢复其未加载压力时电学特性的现象，是衡量在加载-卸载压力循环下压力曲线中输出信号差异性的参数。

稳定性是指柔性压阻式压力传感器在多循环周期使用条件下传感能力的大小。它是评估器件能否长时间或多周期在不同应用场景下进行实际应用的重要参数。一般为了测试传感器的稳定性，需要对器件进行连续的加载-卸载测试循环，加载-卸载测试循环次数越高，代表压力传感器的稳定性越好。

压阻式传感器的应用

压阻式柔性压力传感器目前在市面上的一个主要应用就是开关量，即大家所说的薄膜开关，薄膜开关这个应用在我国已经有三十多年的历史了，如今无论是智能化的消费电子产品还是一般的耐用性家用电器乃至儿童玩具，都普遍采用了薄膜开关。

随着柔性压力传感器技术的发展，薄膜开关再不是单一的新型面板，也不是单一的开关元件，而是一种基于薄膜压力传感器工作原理的新型电子器件，它可以集成在整机面板，也可以用作功能标记；它可以作为外观装饰，同样可以简单的作为开关按键。以薄膜压力传感器的核心，不挑基底材料，可以让它能实现很多不同的功能，如今在家用电器、3C电子、汽车控制等等领域都能见到它的身影，用户在薄膜开关的应用上也体现了更多的花样。

单个开关按键能够控制多种功能就是其一大特色。例如在格力电风扇上，一个风型选择按键上可以分别控制自然风、睡眠风、普通风三种模式的选择；而在海尔洗衣机上，一个标准用水量按键居然控制10种功能（十种进水量控制）；这个现象同样出现在一些消费电子产品上，典型代表就是像TWS耳机、电子笔以及电动牙刷这些新世纪的时尚用具上。这就是基于薄膜压力传感器的另一大优势：梯度控制功能，可以根据按压力量及时长不同来实现不同的控制功能。

柔性压力传感器在薄膜控制开关上的应用案例

当然以上只是柔性压力传感器这个潜力股的一种简单应用，未来它还将承担更大更多的责任。

如在医疗健康领域，由于柔性传感器与医疗健康设备的天然适配，在该领域前景非常可观，目前市面上逐渐衍生的产品包括智能鞋垫、智能座椅、智能衣物等；

在机器人领域其代表就是电子皮肤（E-skin），让机器人拥有人类的感知力。通过柔性压力、温度等传感器，让软机器人拥有类似于人类皮肤的敏感性，赋予其生动的触觉、视觉、听觉、味觉和嗅觉等感知能力，慧闻科技目前研发的压力传感器及气体传感器就是有望能为机器赋予人工触觉和人工嗅觉。

除此之外，VR设备+元宇宙领域也是一个趋势。目前，不少柔性压力传感器产品已能够提供虚拟交互体验的数据连接服务，可应用于多种虚拟现实场景，相信在不久的未来，斯皮尔伯格在电影中所描绘的场景终将会被实现。

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企业简介

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苏州慧闻纳米科技有限公司是一家专业从事智能传感器研发、生产和销售，同时提供人工嗅觉解决方案的国家级高新技术企业。公司于2014年由具有多年传感器研发和应用经验的前美国宇航局科学家团队成立，目前已研发出针对多种有毒有害气体传感器芯片及相应的检测模块，在江苏昆山和浙江湖州分别建成了MEMS气体传感器、热电堆温度传感器、柔性压力传感器、红外CO2传感器模组、激光PM２.５传感器生产线。公司开发的用于锂电池安全监测模块和集成气体、烟感和温度的多合一电池安全监测设备也广泛用于储能电站和新能源工程车等领域。

目前公司与中科院、清华等单位共同承担了5项国家重点研发项目，与姑苏实验室合作开展人工嗅觉平台研发项目，公司主要负责新型低功耗智能传感器的研发；公司还入选工业信息化部家电智能控制部件及算法“一条龙”应用示范参与单位，所属环节为元器件，主要工作是基础元器件性能、可靠性提升，这也标志着慧闻科技智能气体传感器成为国家新型战略产业链、供应链中关键的基础元器零部件。