本发明涉及压力测量领域，具体而言，涉及一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器及系统。
背景技术：
压力是造成结构变形、损坏的主要原因，过大的压力不仅使结构产生较大的形变，降低结构的承载力，还会缩短结构的使用寿命。因此，工程中通过压力传感器对结构所受的压力进行监测来评估结构的安全性。
现有技术中，通过光纤光栅传感技术测量压力，光纤光栅具有传输损耗小、耐腐蚀、抗电磁干扰等优良性能。
但是，光纤光栅传感器只能用于工作环境较好或是待测结构要求精小传感器的应用场合，在环境恶略的情况下极易损坏。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器及系统，以解决现有技术中光纤光栅传感器只能用于工作环境较好或是待测结构要求精小传感器的应用场合，在环境恶略的情况下极易损坏的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，杠杆式压力传感器包括：壳体、杠杆部和导电部，杠杆部和导电部设置在壳体内部；
壳体的一面设置为金属弹性膜片，金属弹性膜片具有弹性形变，壳体与金属弹性膜片所在面相邻的一面设置有第一电极和第二电极；
杠杆部包括：支撑杆、转动杆和压力杆，压力杆的一端与壳体的金属弹性膜片的面固定连接，支撑杆的一端与壳体的金属弹性膜片相对的面固定连接，支撑杆和压力杆的另一端分别与转动杆的相对的两侧转动设置，支撑杆、转动杆和压力杆形成杠杆结构，其中，压力杆为受力部；
导电部设置在杠杆部远离受力杆的一端，杠杆部的一端通过导电部与壳体连接，导电部包括：柔性材料层、导电材料层和第三电极和第四电极，导电材料层设置在柔性材料层的一侧，第三电极和第四电极设置在导电材料远离柔性材料的一侧，第三电极与第一电极电连接，第四电极与第二电极电连接。
可选地，该杠杆式压力传感器还包括调节部，调节部滑动设置在壳体与金属弹性膜片相对的面上，支撑杆的一端与调节部固定连接，调节部用于调节支撑杆与转动杆接触的位置。
可选地，该受力杆和支撑杆与转动杆接触的位置均设置为圆弧面。
可选地，该转动杆上与受力杆接触的位置设置有凹槽，受力杆的另一端与转动杆的凹槽转动设置。
可选地，该转动杆上与支撑杆接触的位置设置有凹槽，支撑杆的另一端与转动杆的凹槽转动设置。
可选地，该导电材料层的材料为石墨烯。
可选地，该杠杆式压力传感还包括硫化钼层，硫化钼层设置在导电材料层靠近第三电极和第四电极的一侧。
可选地，该杠杆式压力传感还包括多个导电材料条，多个导电材料平行设置在柔性材料远离导电材料层的一侧。
可选地，该多个导电材料条首尾连接。
第二方面，本发明实施例提供了另一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感系统，杠杆式压力传感系统包括：电流表和第一方面任意一项的杠杆式压力传感器，电流表的正极和负极分别与杠杆式压力传感器的第一电极和第二电极电连接，用于检测杠杆式压力传感器的电流。
本发明的有益效果是：
本申请公开的杠杆式压力传感器包括：壳体、杠杆部和导电部，杠杆部和导电部设置在壳体内部，其中，当压力作用在杠杆式压力传感器上时，压力从金属弹性膜片传递到杠杆部，杠杆部的受力部在压力的作用下，驱动转动杆绕支撑杆进行下压，由于该杠杆部的另一端连接有导电部，导电部包括柔性材料层、导电材料层和第三电极和第四电极，由于柔性材料在力的作用下可以被拉伸，导电材料层也被拉伸，从而使得该导电材料层的导电特性发生改变，根据该导电特性改变与压力的对应关系，就可以准确的得到待测压力值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的另一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的另一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图。
图标：10-壳体；11-金属弹性膜片；12-第一电极；13-第二电极；20-杠杆部；21-压力杆；22-支撑杆；23-转动杆；30-导电部；31-柔性材料层；32-导电材料层；33-第三电极；34-第四电极；35-硫化钼层；40-调节部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供了一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，杠杆式压力传感器包括：壳体10、杠杆部20和导电部30，杠杆部20和导电部30设置在壳体10内部；壳体10的一面设置为金属弹性膜片，金属弹性膜片具有弹性形变，壳体10与金属弹性膜片所在面相邻的一面设置有第一电极12和第二电极13；杠杆部20包括：支撑杆22、转动杆23和压力杆21，压力杆21的一端与壳体10的金属弹性膜片的面固定连接，支撑杆22的一端与壳体10的金属弹性膜片相对的面固定连接，支撑杆22和压力杆21的另一端分别与转动杆23的相对的两侧转动设置，支撑杆22、转动杆23和压力杆21形成杠杆结构，其中，压力杆21为受力部；导电部30设置在杠杆部20远离受力杆的一端，杠杆部20的一端通过导电部30与壳体10连接，导电部30包括：柔性材料层31、导电材料层32和第三电极33和第四电极34，导电材料层32设置在柔性材料层31的一侧，第三电极33和第四电极34设置在导电材料远离柔性材料的一侧，第三电极33与第一电极12电连接，第四电极34与第二电极13电连接。
该杠杆式压力传感器的杠杆部20和导电部30均设置在该壳体10内部，该壳体10的体积根据实际需要进行设置，也可以设置多个规格的杠杆式压力传感器，应用于多种环境的压力测量，该壳体10的形状一般可以为长方体，该长方体壳体10的一个面被设置为金属弹性膜片，金属弹性膜片具有弹性，并且为弹性形变，一般的将该金属弹性膜片所在的面称之为顶面，与顶面相对的为底面，底面用于支撑该杠杆部20的支撑杆22和固定导电部30的另一端，与顶面相邻的一个面上设置有第一电极12和第二电极13，该壳体10内部设置有杠杆部20和导电部30，该杠杆部20的受力杆的一端与顶面固定连接，该支撑杆22的一端与底面固定连接，该受力杆和该支撑杆22的另一端分别与转动杆23转动连接，该受力杆、该支撑杆22和该转动杆23构成了杠杆结构，当该受力杆在力的作用下向下压，该转动杆23绕该支撑杆22与转动杆23的接触位置旋转，该转动杆23的另一端与导电部30的一端连接，该导电部30的两端分别连接有转动杆23和底面，当该杠杆部20在力的作用下靠近受力杆的一端下压，则远离受力杆的一端则上升，即靠近导电部30的一端上升，将该导电部30中的柔性材料层31和导电层进行拉升，使得该导电部30的导电特性发生改变，该导电材料层32远离柔性材料层31的一端设置有第三电极33和第四电极34，该第三电极33和第一电极12电连接，该第四电极34和第二电极13电连接，由于该导电材料层32的导电特性发生改变，根据该导电特性改变与压力的对应关系，就可以准确的得到待测压力值，需要说明的是，该导电特性改变与压力的对应关系根据实验测量得到在此不做具体限定。
图2为本发明一实施例提供的另一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图，如图2所示，可选地，该杠杆式压力传感器还包括调节部40，调节部40滑动设置在壳体10与金属弹性膜片相对的面上，支撑杆22的一端与调节部40固定连接，调节部40用于调节支撑杆22与转动杆23接触的位置。
该调节部40设置在该壳体10的底面上，并且相对与该壳体10的底面可以相对滑动，该杠杆部20的支撑杆22的一端与该调节部40固定连接，通过该调节部40可以改变该杠杆部20的力臂与力矩的关系，f1·l1＝f2·l2，若受力部到支撑杆22与转动杆23的接触位置的距离为l1，支撑杆22与转动杆23的接触位置到转动杆23的另一端的距离为l2，则可以得到f1与f2的大小成反比，通过改变调节部40的位置改变支撑杆22的位置，进而实现将该杠杆式压力传感器应用于不同压力的测量量程。
可选地，该受力杆和支撑杆22与转动杆23接触的位置均设置为圆弧面。
将该受力杆和支撑杆22与转动杆23的接触处设置为圆弧面，减少了受力杆和支撑杆22与转动杆23的接触面积，实现以受理杆和支撑杆22的顶点为圆心进行转动，提高该杠杆式压力传感器的精准度。
可选地，该转动杆23上与受力杆接触的位置设置有凹槽，受力杆的另一端与转动杆23的凹槽转动设置。
该凹槽的形状和大小根据实际情况进行设置，在此不做限定，一般的该凹槽可以为条形或者圆形，该转动杆23上与受力杆接触的位置设置的凹槽一般为圆形，且圆形凹槽的面积一般略大于该受力杆与转动杆23接触处的面积。
可选地，该转动杆23上与支撑杆22接触的位置设置有凹槽，支撑杆22的另一端与转动杆23的凹槽转动设置。
该凹槽的形状和大小根据实际情况进行设置，在此不做限定，一般的该凹槽可以为条形或者圆形，该转动杆23上与支撑杆22接触的位置设置的凹槽一般为条形，且条形凹槽的宽度略大于受力杆与转动杆23接触处的面积的直径。
可选地，该导电材料层32的材料为石墨烯。
可选地，该导电材料层32上具有孔洞。当在导电材料层32上施加拉力时，使得该石导电材料层32延伸时，孔洞加剧了石墨烯导电特性的变化，从而提高了检测灵敏度，一般的，该孔洞可以为为条状，条状的孔洞沿石墨烯层竖直方向设置，当导电材料层32受到拉力时，石墨烯被拉长，改变形貌更明显，对导电特性改变更大。
图3为本发明一实施例提供的另一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器的结构示意图，如图3所示，可选地，该杠杆式压力传感还包括硫化钼层35，硫化钼层35设置在导电材料层32靠近第三电极33和第四电极34的一侧。
当拉力作用于该导电材料层32和柔性材料层31上时，柔性材料层31以及硫化钼层35的形状发生改变，使得柔性材料层31以及硫化钼层35直接接触，改变柔性材料层31和硫化钼层35改变柔性材料层31和硫化钼层35之间的隧穿效应，从而改变导电特性，提高了探测灵敏度。
名词解释，穿隧效应或量子隧道效应为一种量子特性，是如电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，而有不为零的机率穿过势障壁。
可选地，该杠杆式压力传感还包括多个导电材料条，多个导电材料平行设置在柔性材料远离导电材料层32的一侧。
为了进一步的使得该杠杆式压力传感器中的导电部30的导电特性变化更加明显，则可以在柔性材料远离导电材料层32的一侧平行设置多个导电材料，进而使得导电部30的导电特性变化更加明显，使得该杠杆式压力传感器的灵敏度提高。
可选地，该多个导电材料条首尾连接。
多个导电材料串联在一起，增加了整体长度，进一步的使得该杠杆式压力传感器中的导电部30的导电特性变化更加明显，使得该杠杆式压力传感器的灵敏度提高。
本申请公开的杠杆式压力传感器包括：壳体10、杠杆部20和导电部30，杠杆部20和导电部30设置在壳体10内部，其中，当压力作用在杠杆式压力传感器上时，压力从金属弹性膜片传递到杠杆部20，杠杆部20的受力部在压力的作用下，驱动转动杆23绕支撑杆22进行下压，由于该杠杆部20的另一端连接有导电部30，导电部30包括柔性材料层31、导电材料层32和第三电极33和第四电极34，由于柔性材料在力的作用下可以被拉伸，导电材料层32也被拉伸，从而使得该导电材料层32的导电特性发生改变，根据该导电特性改变与压力的对应关系，就可以准确的得到待测压力值。
本申请实施例还提供了一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感系统，杠杆式压力传感系统包括：电流表和上述任意一项的杠杆式压力传感器，电流表的正极和负极分别与杠杆式压力传感器的第一电极12和第二电极13电连接，用于检测杠杆式压力传感器的电流。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述杠杆式压力传感器包括：壳体、杠杆部和导电部，所述杠杆部和所述导电部设置在所述壳体内部；
所述壳体的一面设置为金属弹性膜片，所述金属弹性膜片具有弹性形变，所述壳体与所述金属弹性膜片所在面相邻的一面设置有第一电极和第二电极；
所述杠杆部包括：支撑杆、转动杆和压力杆，所述压力杆的一端与所述壳体的金属弹性膜片的面固定连接，所述支撑杆的一端与所述壳体的金属弹性膜片相对的面固定连接，所述支撑杆和所述压力杆的另一端分别与所述转动杆的相对的两侧转动设置，所述支撑杆、所述转动杆和所述压力杆形成杠杆结构，其中，所述压力杆为受力部；
所述导电部设置在所述杠杆部远离所述受力杆的一端，所述杠杆部的一端通过所述导电部与所述壳体连接，所述导电部包括：柔性材料层、导电材料层和第三电极和第四电极，所述导电材料层设置在所述柔性材料层的一侧，所述第三电极和所述第四电极设置在所述导电材料远离所述柔性材料的一侧，所述第三电极与所述第一电极电连接，所述第四电极与第二电极电连接。
2.根据权利要求1所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述杠杆式压力传感器还包括调节部，所述调节部滑动设置在所述壳体与所述金属弹性膜片相对的面上，所述支撑杆的一端与所述调节部固定连接，所述调节部用于调节所述支撑杆与所述转动杆接触的位置。
3.根据权利要求1或2所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述受力杆和所述支撑杆与所述转动杆接触的位置均设置为圆弧面。
4.根据权利要求1或2所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述转动杆上与所述受力杆接触的位置设置有凹槽，所述受力杆的另一端与所述转动杆的凹槽转动设置。
5.根据权利要求1或2所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述转动杆上与所述支撑杆接触的位置设置有凹槽，所述支撑杆的另一端与所述转动杆的凹槽转动设置。
6.根据权利要求1或2所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述导电材料层的材料为石墨烯。
7.根据权利要求6所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述杠杆式压力传感还包括硫化钼层，所述硫化钼层设置在所述导电材料层靠近第三电极和第四电极的一侧。
8.根据权利要求1所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，所述杠杆式压力传感还包括多个导电材料条，多个所述导电材料平行设置在所述柔性材料远离所述导电材料层的一侧。
9.根据权利要求8所述的基于导电特性变化的杠杆式压力传感器，其特征在于，多个所述导电材料条首尾连接。
10.一种基于导电特性变化的杠杆式压力传感系统，其特征在于，所述杠杆式压力传感系统包括：电流表和权利要求1-9任意一项所述的杠杆式压力传感器，所述电流表的正极和负极分别与所述杠杆式压力传感器的第一电极和第二电极电连接，用于检测所述杠杆式压力传感器的电流。
技术总结