基于导电织物的关节弯曲角度测量传感器

柔性电容式拉伸传感器,可用于测量关节弯曲和肌肉拉伸等人体动作,具有低功耗,线性度高等优点,作为新一代可穿戴传感器在运动检测、医疗康复领域具有广泛应用前景。但现有电容式拉伸传感器存在应变灵敏度度（Gauge Factor, GF）不高的缺点,导致在关节微小弯曲角度测量方面精度较低。针对此,本文提出了一种基于无机硅胶和导电织物的分段式结构柔性电容式应变传感器。传感器采用不同杨氏模量硅胶设计了非线性结构的介电弹性体,并以柔性导电布作为电极。同时,建立了传感器的关节弯曲角度感知模型。实验结果表明,该传感器分段式结构设计稳定性好,提高了在中等应变情况下（0~50%）的应变灵敏度因素（GF=1.5）。将其安装于手套上测试,弯曲角度预测模型能够对关节弯曲角度进行较好的预测。该柔性电容式应变传感器制作工艺简单,可低成本大规模制造,该分段式结构设计与角度传感模型适用于医疗康复训练和机器人操控等创新应用。     

基于双层微结构的碳纳米管柔性应变传感器的研究

设计了一种具有双层微结构的柔性压阻式应变传感器,并进行了制备方法研究。通过在半固化的环氧树脂基底(Ecoflex~? 00-30)表面制备形成碳纳米管(MCNTs)/环氧树脂(Ecoflex~? 00-30)复合薄膜,用毛刷制备微结构。通过测试分析可得,该柔性应变传感器具有高度可拉伸性能,可承受200%的应变,在0～80%,80%～170%,170%～195%的应变区间,GF值分别为10.5,40.5,190.5。将传感器进行可穿戴运动监测测试,可验证本传感器既可以实现手指和手腕运动等大动作应变的监测,输出电阻值相对变化达到7.5倍;也可以监测肌肉形变弯曲等小应变,输出电阻值相对变化达到1.4倍。     

一种基于电子隧穿机制的柔性氢气传感器

氢气传感器在涉氢安全领域扮演着重要角色,随着可穿戴设备大量应用,柔性氢气传感器的发展日益受到重视。纳米粒子薄膜以其离散的纳米颗粒状结构和独特的电学响应性质成为了理想的柔性氢气敏感材料。通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上沉积钯(Pd)纳米粒子薄膜构筑了一种柔性氢气传感器。通过上百次反复弯折,该传感器体现了较好的机械性能和电学稳定性,气敏性能在弯折循环前后无衰减。通过系统研究应变状态下的氢气响应性质,发现拉应变使Pd纳米粒子薄膜的氢气响应度增大,而压应变效应则相反。其原因主要归结为应变导致的纳米颗粒间距变化,拉应变产生的较大的纳米颗粒间距会使得传感器电流基线降低,且足够大的纳米粒子间距更能容纳Pd纳米粒子吸氢导致的晶格膨胀,反之亦然。此外,拉应变使Pd纳米粒子薄膜对氢气的响应时间显著缩短,而压应变产生的效果则相反。该氢气传感器探测范围达到0~10%,响应时间可达数秒量级,探测下限为25×10^-6。在低氢气浓度范围内,响应度ΔI/I0与P1/2H2呈现线性关系,对4%浓度氢气的响应度可达600%,灵敏度可达3.28% Pa-1/2。这些结果表明,该传感器具备优异的传感性能,在柔性气体传感器领域具有极大应用潜力。     

柔性应变织物传感器研究进展

传感器是智能纺织品的重要组成部分.柔性智能传感器具有柔韧性好,可自由弯曲的特性,可使服装在获得智能化的同时保持其原有的舒适性能.以织物为基础的柔性应变传感器能够最大限度地实现与服装的无缝整合,在智能纺织品领域具有很高的应用价值.主要介绍了柔性应变织物传感器的不同制备方法及其应变传感特性.     

基于FBG的机器人柔性触觉传感器

为了满足机器人与外界环境、对象发生接触及交互作用时的触觉感知需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的柔性触觉传感器．该传感器采用3×3 FBG阵列作为柔性传感元件,聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构成双层柔性基体．介绍了传感器的传感原理并采用有限元方法对其弹性体进行力学仿真分析,基于标定实验平台完成该传感器的静态标定实验．传感器的空间分辨率为25mm,在10mm×10mm载荷施加单元下,对力的感知范围为0～7N,且传感器具有较好的线性度和灵敏度,重复性和一致性良好,力灵敏度为0.16nm/N．实验结果和分析研究都证明了柔性触觉传感器的可行性．该传感器与人体皮肤触感及结构极为相似,且布线简单、抗干扰能力强．     

高灵敏度SAW纱线张力传感器研究

灵敏度是声表面波（ SAW）纱线张力传感器成功检测纱线张力的关键。通过对SAW纱线张力传感器的灵敏度和基片应变率之间关系的研究,提出了通过增加基片应变率来提高传感器灵敏度的理论。以该理论为指导,给出了通过灵活设计基片尺寸来获得最佳基片应变率的设计方案。为了得到最佳基片应变率对应的基片尺寸,建立了基片应变率和基片尺寸之间的数学模型,提出了求解最大基片应变率所对应基片尺寸的线性规划模型,即最佳灵敏度所对应基片尺寸。实验表明：该方法可以有效提高SAW纱线张力传感器的灵敏度,灵敏度达3132.4 Hz/gf。     

基于 ＧＮＰｓ/ ＰＤＭＳ 复合薄膜的柔性压阻传感器制备及性能研究

目前柔性压力传感器已被用于众多领域,其中压阻薄膜是柔性压力传感器的核心。本文将石墨烯纳米片（GNPs）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合,通过倒模的方法制备压阻薄膜,经测试,GNPs浓度为8%时,材料具有较好的性能。以此为基础,制备了压敏结构间距为1.2 mm,直径大小为1.0 mm的GNPs/PDMS基压阻传感器,经测试,所制备的传感器加载响应为340 ms,卸载响应速度为260 ms,并具有较好的稳定性,同时,基于该压阻式柔性压力传感器实现了人体手腕关节处压力信号的测试。     

碳纳米管/PDMS复合材料柔性阵列压力传感器制备与实验

以碳纳米管（CNTs）作为导电填料,聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体材料,采用溶液法制备出CNTs/PDMS导电复合材料。研究了碳纳米管浓度对复合材料的电学特性和压阻特性的影响规律,得到碳纳米管在PDMS中的渗滤区域。通过复合材料的压力灵敏度优化碳纳米管浓度。以制备的复合材料为敏感材料,FPCB工艺加工的柔性基板为电极,设计制备了一种简单结构和工艺的柔性阵列压力传感器。用零电势法设计了阵列电阻读出电路与LabVIEW实现的上位机配合,实现信号读取和显示。最后通过一个应用实例表明,该柔性阵列压力传感器及信号处理系统可以实现压力分布与大小的实时监测,可为柔性阵列压力传感器设计与制备提供参考。     

基于电容-电阻转换原理的柔性压力传感器

目前,基于碳基纳米材料的柔性压力传感器凭借着其便携性、柔韧性、生物相容性和低成本等特点,在智能医疗、人机交互和智能机器人等领域有着广泛的应用前景,但如何使其在具有较大量程范围的同时保持较高灵敏度,仍是一个严峻的挑战。提出一种基于氧化石墨烯/碳纳米管（Graphene Oxide/Carbon Nanotube, GO/CNT）复合敏感层的柔性压力传感器,同时以热塑性聚氨酯弹性体（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）多孔海绵作为传感器骨架。该GO/CNT@TPU柔性压力传感器的量程范围为0～60 kPa,基于电容-电阻转换原理,当受到较小压力（0～5 kPa）时,传感器以电阻感知为主,灵敏度为0.05777 kPa^-1;当受到较大压力（5～60 kPa）时,传感器以电容感知为主,灵敏度为0.33213 kPa^-1。从而有效地实现了传感器的在宽量程内的高灵敏度检测。     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.