本发明涉及传感器技术领域，且特别涉及一种可识别压力和剪力的柔性传感器。
背景技术：
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，医疗健康用可穿戴设备越来越受到人们的关注。应力或应变传感器在健康检测、智能屏幕、人机交互、电子皮肤等领域具有广泛应用。近年来，人们开发了多种适合穿戴设备用柔性应力/应变传感器，例如基于生物纤维素的应变传感器、银纳米线传感器、石墨烯柔性传感器等。
面向未来的智能可穿戴设备，其发展趋势是模拟人的皮肤实现复杂力学信号的检测，而目前大部分柔性传感器仅能感知压应力或压应变，不能检测剪应力以及区分剪应力的方向。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种可识别压力和剪力的柔性传感器，柔性传感器能够识别压力，以及剪力的大小和方向。
提供一种可识别压力和剪力的柔性传感器，其包括衬底、信号敏感层和微结构层，所述信号敏感层包括应变栅且层叠于所述衬底的上表面；
所述应变栅包括沿圆周方向排布的多个剪力应变栅和位于所述多个剪力应变栅的中心的压力应变栅，每个所述剪力应变栅和所述压力应变栅均具有首尾相连而形成为蛇形的多个金属线段，所述多个剪力应变栅两两一组，所述柔性传感器包括至少两组所述剪力应变栅，同一组的两个所述剪力应变栅沿所述圆周的径向位于所述压力应变栅的两侧；
所述微结构层包括多个微结构，所述微结构层包括压力应变栅结合部和剪力应变栅结合部；
所述压力应变栅结合部的所述微结构在所述圆周的径向上覆盖所述压力应变栅的所述金属线段，所述剪力应变栅结合部的所述微结构具有在所述圆周的径向上超出相应的所述剪力应变栅的所述金属线段的部分，多个所述剪力应变栅结合部和相应的所述剪力应变栅形成的结合体关于所述圆周的圆心对称。
在至少一个实施方式中，所述柔性传感器还包括导电网络，所述导电网络将所述压力应变栅和每个所述剪力应变栅的两端引出而用于形成导电回路。
在至少一个实施方式中，所述导电网络包括连接线和导线，所述连接线将各所述剪力应变栅和所述压力应变栅连接在一起，所述连接线与所述导线用于在所述应变栅和外部电设备之间形成电回路。
在至少一个实施方式中，当所述柔性传感器受到压力作用时，所述压力应变栅产生电阻变化δr1，并根据公式(1-1)、公式(1-2)和公式(1-3)识别所述柔性传感器所受的压力fp：
δr1＝k1ε1(1-1)；
其中，e1为所述压力应变栅的所述微结构的弹性模量，k1为所述压力应变栅的应变灵敏度系数，ε1为所述压力应变栅的压应变，σ为所述压力应变栅的压应力，d1为压力应变栅的所述微结构的宽度；
当所述柔性传感器受到剪力作用时，同一组所述剪力应变栅受到剪力分力fτ，沿着所述剪力分力fτ的方向位于前方和后方的所述剪力应变栅分别产生电阻变化δr21和δr22，所述柔性传感器根据公式(2-1)、公式(2-2)、公式(2-3)、公式(3-1)、公式(3-2)和公式(3-3)识别所述剪力分力fτ：
对于沿着所述剪力分力fτ的方向位于前方的所述剪力应变栅：
δr21＝k21ε21(2-1)；
对于沿着所述剪力分力fτ的方向位于后方的所述剪力应变栅：
δr22＝k22ε22(3-1)；
其中，e21和e22为相应的所述剪力应变栅的所述微结构的弹性模量，k21和k22为相应的所述剪力应变栅的应变灵敏度系数，ε21和ε22为相应的所述剪力应变栅的压应变，σ21和σ22为相应的所述剪力应变栅的压应力，η21和η22为相应的所述剪力应变栅的所述微结构与相应的所述剪力应变栅的所述金属线段的位置偏移，l21和l22为相应的所述剪力应变栅的所述微结构的高度，d21和d22为相应的所述剪力应变栅的所述微结构的宽度；
所述柔性传感器所受的剪力通过对不同组的所述剪力应变栅识别的所述剪力分力fτ按照四边形法则合成而得。
在至少一个实施方式中，所述柔性传感器包括两组所述剪力应变栅，两组所述剪力应变栅正交地布置。
在至少一个实施方式中，所述剪力应变栅包括沿所述径向间隔排布且连成一体的多个弧形的金属线段，沿所述径向由外向内依次排布的所述金属线段的长度逐渐减小从而所述剪力应变栅为扇形。
在至少一个实施方式中，所述剪力应变栅结合部的所述微结构为柱体且排布成多个与所述剪力应变栅同心的弧线，或者所述剪力应变栅结合部的所述微结构的形状为与所述剪力应变栅同心的弧形，
在所述剪力应变栅的每条所述金属线段上间隔开地排布多个所述微结构。
在至少一个实施方式中，所述剪力应变栅通过对金属线按照蛇形多次实施折弯而一体成型。
在至少一个实施方式中，所述压力应变栅的所述金属线段位于多个同心的圆形轨迹上且所述压力应变栅为圆盘形。
在至少一个实施方式中，所述压力应变栅结合部的所述微结构为柱体且排布成多个与所述压力应变栅同心的环，或者所述压力应变栅结合部的所述微结构的形状为与所述压力应变栅同心的环状，
在所述压力应变栅的每条所述金属线段上间隔开地排布多个所述微结构。
在至少一个实施方式中，在所述圆周的径向上，所述压力应变栅结合部的所述微结构恰好覆盖所述压力应变栅的所述金属线段，或者具有超出所述压力应变栅的所述金属线段的部分。
在至少一个实施方式中，所述压力应变栅包括多个半圆形的金属线段，所述多个半圆形的金属线段分布在所述圆周的一个直径的两侧从而形成两个压力应变栅局部，所述两个压力应变栅局部在所述圆周的圆心连接。
在至少一个实施方式中，所述微结构层还包括柔性基底，所述多个微结构承载于所述柔性基底，所述微结构为悬臂结构且其固定端设于所述柔性基底。
通过上述技术方案可以获得以下有益效果：
当柔性传感器受到剪力作用时，微结构将发生弯曲，且覆盖每组的两个剪力应变栅的剪力应变栅结合部的微结构的弯曲方向相反，从而每组的两个剪力应变栅的电阻变化不同，进而可以根据公式得到每组剪力应变栅所受的剪力分力。再依据平行四边形法则，将沿不同组的剪力应变栅的排布方向作用的剪力分力合成，这样，柔性传感器能够测量任意方向上的剪力(包括剪力的大小和方向)。
附图说明
图1是本发明的可识别压力和剪力的柔性传感器的主体部分的示意图。
图2是柔性传感器的应变栅的整体示意图及其局部放大图。
图3是柔性传感器的微结构层的整体示意图及其局部放大图。
图4是微结构与压力应变栅的金属线段结合的第一实施方式的示意图，示出了微结构的宽度大于压力应变栅的金属线段的宽度。
图5是微结构与压力应变栅的金属线段结合的第二实施方式的示意图，示出了微结构的宽度等于压力应变栅的金属线段的宽度。
图6是同一组的两个剪力应变栅的金属线段与微结构结合的第一实施方式的示意图。
图7是同一组的两个剪力应变栅的金属线段与微结构结合的第二实施方式的示意图。
附图标记说明：
1剪力应变栅、11剪力应变栅的金属线段、2压力应变栅、21压力应变栅的金属线段、3导电网络、31连接线、32导线、33引出线、4压力应变栅结合部、5剪力应变栅结合部、6衬底、7微结构。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
如图1、图2和图3所示，本公开提供一种可识别压力和剪力的柔性传感器，柔性传感器受到的压力垂直于纸面方向，受到的剪力平行于纸面方向。柔性传感器为薄片体，柔性传感器的主体部分包括衬底6、信号敏感层和微结构层，三者层叠而结合。以下定义，衬底6的用于结合信号敏感层和微结构层的一侧为“上”侧，相反的一侧为“下”侧。
信号敏感层层叠在衬底6的上表面，微结构层层叠在信号敏感层的上表面。衬底6例如可以由柔性材料制成，例如可以为高分子膜。信号敏感层能够将力信号转换为电信号，微结构层可以为包括多个微结构7的仿人体指纹结构的高分子膜。
信号敏感层包括应变栅和导电网络3，应变栅包括压力应变栅2和多个(例如四个)剪力应变栅1。多个剪力应变栅1沿圆周方向排布，压力应变栅2位于该圆周的圆心。具体地，压力应变栅2可以为圆盘形，每个剪力应变栅1可以为与压力应变栅2同心的扇形。
多个剪力应变栅1围成的圆周和压力应变栅2具有相同的“径向”、“周向”和“圆心”，以下所称“径向”、“周向”和“圆心”均以多个剪力应变栅1围成的圆周和压力应变栅2为参照。本文所称微结构7的“宽度”为微结构7在径向上的尺寸。
多个剪力应变栅1两两一组，信号敏感层包括至少两组剪力应变栅1。在每组剪力应变栅1中，两个剪力应变栅1的排布方向穿过压力应变栅2的圆心，例如为压力应变栅2的径向，且两个剪力应变栅1关于压力应变栅2的圆心对称。
应当理解，在压力应变栅2不具有圆心的实施方式中，两个剪力应变栅1的排布方向穿过压力应变栅2的中心。
压力应变栅2和剪力应变栅1均包括多个沿径向间隔排布、沿周向延伸的金属线段。剪力应变栅1包括沿径向间隔排布的多个弧形的金属线段11，多个弧形的金属线段11首尾相连而形成蛇形，沿径向由外向内依次排布的金属线段11的长度逐渐减小从而剪力应变栅1整体为扇形。
在其他实施方式中，剪力应变栅1还可以包括沿径向间隔排布的多个直线形的金属线段11，多个直线形的金属线段11首尾相连而形成蛇形。
剪力应变栅1可以通过对金属线按照蛇形多次实施折弯而一体成型。这样，剪力应变栅1更光滑，更便于与微结构层结合。当然，剪力应变栅1的形式方式不限于此。
当然，在其他实施方式中，剪力应变栅1也可以由多个金属线按照蛇形连接而成。
压力应变栅2包括多个半圆形的金属线段21，多个半圆形的金属线段21分布在压力应变栅2的一个直径的两侧从而形成两个压力应变栅局部。在每一个压力应变栅局部中，多个金属线段21首尾相连而形成蛇形，两个压力应变栅局部在压力应变栅2的圆心连接。两个压力应变栅局部的半圆形的金属线段关于上述直径大致对称，从而压力应变栅2的金属线段21主要位于多个圆形轨迹上。
在其他实施方式中，压力应变栅2的金属线段21可以位于以压力应变栅2的圆心为中心的螺旋形轨迹上。
导电网络3包括连接线31、多个(例如六个)导线32和多个引出线33。连接线31可以是圆弧状，连接线31将各个剪力应变栅1和压力应变栅2连接在一起。连接线31可以连接各个剪力应变栅1的径向最内侧和压力应变栅2的径向最外侧。连接线31和导线32在应变栅和外部电设备之间形成电回路。导线32连接至连接线31、各个剪力应变栅1和压力应变栅2。引出线33用于连接导线32与外部电设备以传出电信号。
具体地，一个压力应变栅局部的径向最外侧的金属线段21连接到一个导线32，另一个压力应变栅局部的径向最外侧的金属线段21连接到连接线31，该连接线31连接到一个导线32。每个剪力应变栅1的径向最内侧的金属线段11都连接到连接线31上，每个剪力应变栅1的径向最外侧的金属线段11分别连接一个导线32。
这样，导电网络3分别将剪力应变栅1和压力应变栅2采集到的力的信息(以电信号的形式)输出。
微结构层包括多个微结构7和柔性基底，可以通过浇注工艺而形成一体的多个微结构7和柔性基底。微结构7为“悬臂”结构，其固定端设于柔性基底。微结构7的尺寸一般为5微米至500微米，多个微结构7分散在微结构层内。微结构7和柔性基底均可以由柔性材料形成。微结构7例如是柱体，具体地，可以为立方体柱或者圆柱。
微结构层包括多个具有“悬臂”结构的微结构7，能够实现局部应力集中，且模仿人手掌指纹结构，使该柔性传感器具有较高的灵敏度。
在其他实施方式中，微结构7还可以为长条形的片体，比如弧形或者半圆形的片体，微结构层包括多个沿径向间隔排布的该片体，该片体以设于柔性基底上的一端为固定端而依然形成“悬臂”结构。
微结构层包括压力应变栅结合部4和剪力应变栅结合部5，压力应变栅结合部4覆盖压力应变栅2的上表面，剪力应变栅结合部5可以包括分体的多个部分从而分别一一对应地覆盖剪力应变栅1的上表面。
压力应变栅结合部4可以具有与压力应变栅2的形状相同的形状，例如圆盘形。压力应变栅结合部4的微结构7可以排布成多个与压力应变栅2同心的环，压力应变栅结合部4的微结构7形成的环能够一一对应地覆盖压力应变栅2的位于圆形轨迹上的金属线段21。对应于每个金属线段21，可以设置沿着金属线段21的延伸方向间隔开的多个微结构7。
在其他实施方式中，压力应变栅结合部4的微结构7的形状可以为与压力应变栅2同心的环状，即微结构7为环形体。
在其他实施方式中，压力应变栅结合部4的形状可以是能够覆盖压力应变栅2的其他形状。
如图4和图5所示，压力应变栅结合部4的微结构7可以恰好覆盖压力应变栅2的金属线段21，或者具有在径向上超出压力应变栅2的金属线段21的部分，例如微结构7的径向尺寸(宽度)可以大于或等于压力应变栅2的金属线段21的宽度。当压力作用到压力应变栅结合部4上后可以被完整的采集并被传递到压力应变栅2上。
剪力应变栅结合部5可以具有与剪力应变栅1的形状相同的形状，例如扇形，剪力应变栅结合部5可以在周向上全部覆盖剪力应变栅1。剪力应变栅结合部5的微结构7可以排布成多个与剪力应变栅1同心的弧线，且在沿径向由外向内依次排布的弧线的长度逐渐减小。剪力应变栅结合部5的微结构7形成的弧线能够一一对应地覆盖剪力应变栅1的金属线段11。对应于每个金属线段11，可以设置沿着金属线段11的延伸方向间隔开的多个微结构7。
在其他实施方式中，剪力应变栅结合部5的微结构7的形状可以为与剪力应变栅1同心的弧形，即微结构7为弧形体。
在其他实施方式中，剪力应变栅结合部5的形状可以是能够覆盖剪力应变栅1的其他形状。
剪力应变栅结合部5的微结构7具有在径向上超出相应的剪力应变栅1的金属线段11的部分，即，剪力应变栅结合部5的微结构7在径向上覆盖剪力应变栅1的金属线段11且超过该金属线段11，或者与剪力应变栅1的金属线段11在径向上错开。对于同一个剪力应变栅1来说，多个剪力应变栅结合部5的微结构7超出相应的剪力应变栅1的金属线段11的部分相同。多个剪力应变栅结合部5和相应的剪力应变栅1形成的结合体关于压力应变栅2的圆心对称。
如图6所示，在一个实施方式中，剪力应变栅结合部5的微结构7可以在径向上覆盖剪力应变栅1的金属线段11且径向向外地超过该金属线段11，即剪力应变栅结合部5的微结构7的径向内缘与剪力应变栅1的金属线段11的径向内缘对齐，剪力应变栅结合部5的微结构7的径向外缘超过剪力应变栅1的金属线段11的径向外缘。
在其他实施方式中，剪力应变栅结合部5的微结构7还可以在径向上覆盖剪力应变栅1的金属线段11且径向向内地超过该金属线段11。
如图7所示，在另一个实施方式中，剪力应变栅结合部5的微结构7可以径向向内地与剪力应变栅1的金属线段11错开，即剪力应变栅结合部5的微结构7的径向内缘超过剪力应变栅1的金属线段11的径向内缘，剪力应变栅1的金属线段11的径向外缘超过剪力应变栅结合部5的微结构7的径向外缘。
在其他实施方式中，剪力应变栅结合部5的微结构7可以径向向外地与剪力应变栅1的金属线段11错开。
当柔性传感器受到剪力作用时，微结构7将发生弯曲，且覆盖每组的两个剪力应变栅1的剪力应变栅结合部5的微结构7的弯曲方向相反，从而每组的两个剪力应变栅1的电阻变化不同，进而可以根据公式得到每组剪力应变栅1所受的剪力分力(下文详述)。再依据平行四边形法则，将沿不同组的剪力应变栅1的排布方向作用的剪力分力合成，这样，柔性传感器能够测量任意方向上的剪力(包括剪力的大小和方向)。
压力应变栅2在压力作用下会产生电阻变化，根据电阻变化与压应变、压应力、压力的关系可以得到柔性传感器所受的压力fp。
电阻变化与压应变的关系：δr1＝k1ε1(1-1)；
压应变与压应力的关系：
压应力与压力的关系：
其中，e1为覆盖压力应变栅2的微结构7的弹性模量，k1为压力应变栅2的应变灵敏度系数，ε1为压应变，σ为压应力，δr1为压力应变栅2的电阻变化，d1为压力应变栅2的微结构7的宽度。
电阻变化δr1可以测量得到，弹性模量e1、应变灵敏度系数k1根据材料而确定，结合公式(1-1)、(1-2)可以得到压力应变栅2所受的压应力大小σ，将σ带入公式(1-3)可以得到压力应变栅2所受的压力的大小，即柔性传感器受到的压力的大小。
优选地，两组剪力应变栅1可以沿着x轴和y轴正交地布置，即两组剪力应变栅1所在的直线互相正交。
下面以设于x轴的一组剪力应变栅1为例介绍一组剪力应变栅1所受的剪力分力的计算方法，设于y轴的一组剪力应变栅1所受的剪力分力的计算方法与此相同。
在设于x轴的一组剪力应变栅1中，其中的两个剪力应变栅1分别处于x轴的原点的两侧。假设柔性传感器所受的剪力在x轴上的剪力分力fτ沿x轴正向，该组的两个剪力应变栅1承受不对称(不同)的压应力σ21和σ22。
沿着剪力分力fτ的方向(x轴正向)位于前方，即位于x轴正向的剪力应变栅1受到的压应力σ21为：
沿着剪力分力fτ的方向位于后方，即位于x轴负向的剪力应变栅1受到的压应力σ22为：
其中，η21和η22为相应的剪力应变栅1的微结构7与相应的剪力应变栅1的金属线段11的位置偏移，即微结构7在径向上的中心线h与剪力应变栅1的金属线段11在径向上的中心线t的距离m；fp为柔性传感器所受的压力，l21和l22为相应的剪力应变栅1的微结构7的高度，d21和d22为相应的剪力应变栅1的微结构7的宽度。
在已知x轴上的一组剪力应变栅1所受的压应力σ21和σ22的前提下，可以据公式(2-3)和(3-3)确定x轴上的一组剪力应变栅1所受的剪力分力fτ。对不同组的剪力应变栅1所受的剪力分力fτ按照平行四边形法则合成柔性传感器所受的剪力。
根据公式(2-3)和(3-3)还能够再次确定柔性传感器所受的压力fp，当由公式(2-3)、(3-3)确定的fp与由公式(1-3)确定的fp不同时，可以通过取平均值的方法得到准确的fp。
下面介绍如何获得剪力应变栅1所受的压应力σ21和σ22。
剪力应变栅1在力的作用下会产生电阻变化，根据电阻变化与应变、应力的关系可以得到相应的应力。
对于沿着剪力分力fτ的方向位于前方的剪力应变栅1：
电阻变化与压应变的关系：δr21＝k21ε21(2-1)；
压应变与压应力的关系：
对于沿着所述剪力分力fτ的方向位于后方的剪力应变栅1：
电阻变化与压应变的关系：δr22＝k22ε22(3-1)；
压应变与压应力的关系：
其中，e21和e22为相应的剪力应变栅1的微结构7的弹性模量，k21和k22表为相应的剪力应变栅1的应变灵敏度系数，ε21和ε22为相应的剪力应变栅1的压应变。
电阻变化δr21和δr22可以测量得到，弹性模量e21和e22、应变灵敏度系数k21和k22根据材料而确定。
当两个剪力应变栅1的材料相同时，应变灵敏度系数k21和k22相等。当两个剪力应变栅1对应的微结构7的材料相同时，弹性模量e21和e22相等。当两个剪力应变栅1对应的微结构7的形状相同时，l21和l22相等，d21和d22相等。
以检测皮肤表面应力为例介绍该柔性传感器的使用过程。
首先清洁粘贴区域的皮肤，然后将柔性传感器贴敷于皮肤表面，之后施加外加载荷到该柔性传感器。该外加载荷首先作用到微结构层上且在微结构层中产生应力集中，微结构层将力传递到信号敏感层。信号敏感层在外力的作用下发生应变，产生电阻变化，从而测量剪力和压力并显示示数。
该柔性传感器具有成本低、灵敏度高、可重复性好、可识别压应力和剪应力的特点，而且可以识别剪力大小和方向，微结构层模仿人体手掌的指纹从而帮助柔性传感器识别不同方向、不同类型的应力，在生物健康检测、人机交互、电子皮肤等领域有良好的应用前景。
应该理解，柔性材料可以为pdms(聚二甲基硅氧烷)等。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。
1.一种可识别压力和剪力的柔性传感器，其包括衬底(6)，其特征在于，还包括信号敏感层和微结构层，所述信号敏感层包括应变栅且层叠于所述衬底(6)的上表面；
所述应变栅包括沿圆周方向排布的多个剪力应变栅(1)和位于所述多个剪力应变栅(1)的中心的压力应变栅(2)，每个所述剪力应变栅(1)和所述压力应变栅(2)均具有首尾相连而形成为蛇形的多个金属线段，所述多个剪力应变栅(1)两两一组，所述柔性传感器包括至少两组所述剪力应变栅(1)，同一组的两个所述剪力应变栅(1)沿所述圆周的径向位于所述压力应变栅(2)的两侧；
所述微结构层包括多个微结构(7)，所述微结构层包括压力应变栅结合部(4)和剪力应变栅结合部(5)；
所述压力应变栅结合部(4)的所述微结构(7)在所述圆周的径向上覆盖所述压力应变栅(2)的所述金属线段，所述剪力应变栅结合部(5)的所述微结构(7)具有在所述圆周的径向上超出相应的所述剪力应变栅(1)的所述金属线段的部分，多个所述剪力应变栅结合部(5)和相应的所述剪力应变栅(1)形成的结合体关于所述圆周的圆心对称。
2.根据权利要求1所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述柔性传感器还包括导电网络(3)，所述导电网络(3)将所述压力应变栅(2)和每个所述剪力应变栅(1)的两端引出而用于形成导电回路。
3.根据权利要求2所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述导电网络(3)包括连接线(31)和导线(32)，所述连接线(31)将各所述剪力应变栅(1)和所述压力应变栅(2)连接在一起，所述连接线(31)与所述导线(32)用于在所述应变栅和外部电设备之间形成电回路。
4.根据权利要求1所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，当所述柔性传感器受到压力作用时，所述压力应变栅(2)产生电阻变化δr1，并根据公式(1-1)、公式(1-2)和公式(1-3)识别所述柔性传感器所受的压力fp：
δr1＝k1ε1(1-1)；
其中，e1为所述压力应变栅(2)的所述微结构(7)的弹性模量，k1为所述压力应变栅(2)的应变灵敏度系数，ε1为所述压力应变栅(2)的压应变，σ为所述压力应变栅(2)的压应力，d1为压力应变栅(2)的所述微结构(7)的宽度；
当所述柔性传感器受到剪力作用时，同一组所述剪力应变栅(1)受到剪力分力fτ，沿着所述剪力分力fτ的方向位于前方和后方的所述剪力应变栅(1)分别产生电阻变化δr21和δr22，所述柔性传感器根据公式(2-1)、公式(2-2)、公式(2-3)、公式(3-1)、公式(3-2)和公式(3-3)识别所述剪力分力fτ：
对于沿着所述剪力分力fτ的方向位于前方的所述剪力应变栅(1)：
δr21＝k21ε21(2-1)；
对于沿着所述剪力分力fτ的方向位于后方的所述剪力应变栅(1)：
δr22＝k22ε22(3-1)；
其中，e21和e22为相应的所述剪力应变栅(1)的所述微结构(7)的弹性模量，k21和k22为相应的所述剪力应变栅(1)的应变灵敏度系数，ε21和ε22为相应的所述剪力应变栅(1)的压应变，σ21和σ22为相应的所述剪力应变栅(1)的压应力，η21和η22为相应的所述剪力应变栅(1)的所述微结构与相应的所述剪力应变栅(1)的所述金属线段的位置偏移，l21和l22为相应的所述剪力应变栅(1)的所述微结构(7)的高度，d21和d22为相应的所述剪力应变栅(1)的所述微结构(7)的宽度；
所述柔性传感器所受的剪力通过对不同组的所述剪力应变栅(1)识别的所述剪力分力fτ按照四边形法则合成而得。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述柔性传感器包括两组所述剪力应变栅(1)，两组所述剪力应变栅(1)正交地布置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述剪力应变栅(1)包括沿所述径向间隔排布且连成一体的多个弧形的金属线段，沿所述径向由外向内依次排布的所述金属线段的长度逐渐减小从而所述剪力应变栅(1)为扇形。
7.根据权利要求6所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述剪力应变栅结合部(5)的所述微结构(7)为柱体且排布成多个与所述剪力应变栅(1)同心的弧线，或者所述剪力应变栅结合部(5)的所述微结构(7)的形状为与所述剪力应变栅(1)同心的弧形，
在所述剪力应变栅(1)的每条所述金属线段上间隔开地排布多个所述微结构(7)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述剪力应变栅(1)通过对金属线按照蛇形多次实施折弯而一体成型。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述压力应变栅(2)的所述金属线段位于多个同心的圆形轨迹上且所述压力应变栅(2)为圆盘形。
10.根据权利要求9所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述压力应变栅结合部(4)的所述微结构(7)为柱体且排布成多个与所述压力应变栅(2)同心的环，或者所述压力应变栅结合部(4)的所述微结构(7)的形状为与所述压力应变栅(2)同心的环状，
在所述压力应变栅(2)的每条所述金属线段上间隔开地排布多个所述微结构(7)。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，在所述圆周的径向上，所述压力应变栅结合部(4)的所述微结构(7)恰好覆盖所述压力应变栅(2)的所述金属线段，或者具有超出所述压力应变栅(2)的所述金属线段的部分。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述压力应变栅(2)包括多个半圆形的金属线段，所述多个半圆形的金属线段分布在所述圆周的一个直径的两侧从而形成两个压力应变栅局部，所述两个压力应变栅局部在所述圆周的圆心连接。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的可识别压力和剪力的柔性传感器，其特征在于，所述微结构层还包括柔性基底，所述多个微结构(7)承载于所述柔性基底，所述微结构(7)为悬臂结构且其固定端设于所述柔性基底。
技术总结