基于微半球结构液态金属弹性体的柔性电容式压力传感器

为了提高电容式传感器的灵敏度,设计了基于微半球结构液态金属弹性体柔性电容式压力传感器.该传感器以液态金属(LM)和弹性体(Ecoflex 00-30)作为介电层材料,采用模板法构建出微半球结构弹性体表面,选用柔性印刷电路板(FPCB)作为传感器上下电极.研究分析了微半球结构和液态金属填料体积分数对传感器灵敏度的影响.实...     

液态金属泡沫柔性压力传感器设计及试验

采用低弹性模量且具有高介电常数的材料作为电容式压力传感器的介电层,是一种提高传感器灵敏度与初始电容信号的理想方法,然而这2个材料特性往往相互冲突。针对这一问题,提出了一种液态金属弹性体泡沫,其具有较低的弹性模量(10.2 kPa)、较强的可压缩性(70%应变)与高介电常数(5.5～20.9)。以该泡沫作为介电层,并设计带有屏蔽层的柔性电极,研制了一种高灵敏度、大初始电容信号的柔性电容式压力传感器。试验结果表明,该传感器灵敏度高达0.36 kPa^-1,响应/恢复速度快(<49 ms),迟滞低(8.7%),同时可检测低至4.9 Pa的微小压力,具有良好的稳定性与可靠性。此外,通过驰张筛筛板弯曲挠度变化测试验证了所研发传感器的有效性,与激光位移传感器的测量结果对比表明,该柔性压力传感器可准确检测弛张筛筛板弯曲挠度的变化。     

镓基液态金属柔性应变传感器的设计优化与实验验证

为了描述传感器微通道结构对传感器输出特性的影响,本文引入传感器横纵微通道长度关系的参数横纵比,综合考虑传感器中垂直和平行于应变方向的微通道中液态金属在应变下的电阻变化规律,建立了镓基液态金属柔性应变传感器数学模型。根据建立的数学模型,优化设计并制备了5种应变传感器样品,在40%应变范围内进行实验。结果表明本文建立的数学模型可以良好地预测不同微通道结构传感器的输出,并为设计优化高灵敏度传感器提供了方向。实验测试结果表明设计的应变传感器在40%应变时的灵敏度为2.01、滞后度为5.1%,且重复性和输出稳定性较高。将设计的传感器用于手指、手肘的关节运动检测,探索了镓基液态金属柔性应变传感器在关节运动检测方面的应用。本文为镓基液态金属柔性应变传感器在可穿戴领域中的应用提供了理论支持。     

液态金属柔性感知的人机交互软体机械手

利用3D打印技术制作了基于液态金属微流道的应变传感器和弯曲传感器,并将应变传感器集成至人体传感手套,用于人手的手势检测;将弯曲传感器集成至软体机械手,用作软体机械手的姿势及运动控制,通过传感手套控制软体机械手实现了人机交互。实验证明传感手套不仅能控制软体机械手的姿势,还能精确控制每根软体手指的弯曲程度。     

电容式压力传感器的开关电容接口

引言目前,扩散硅压阻式桥路和离子注入式硅膜片集成压力传感器的线性都很好,但它们的温度特性差,功耗也较大。相比之下,电容式压力传感器的温度特性要好得多,功耗也小。它的灵敏度是压阻桥路压力传感器的10～20倍,正在研制中的开关—电容(SC)接口非常适用于     

微型电容式压力传感器的制作与测试

从应用开发MEMS产品的实用角度出发，介绍了利用硅一硅键合技术制作的微型电容式压力传感器，给出了详细的制作工艺及主要工艺步骤图。对微传感器所用的测试装置的组成、测试电路的工作过程进行了详细介绍和深入分析。最后对不同尺寸的微传感器器件进行了测试，并对测试结果进行具体分析。结果表明：该微传感器具有良好的线性工作范围、良好的稳定性和较高的灵敏度。     

联动薄膜电容式压力传感器的特性分析与制备北大核心CSCD

工业领域中,目前研发的高精度MEMS压力传感器大多基于接触电容式结构,这种结构虽然一定程度上改善了普通电容式压力传感器的非线性问题,但其线性响应范围较小,限制了应用与开发,线性度也需要进一步提高。文中采用联动膜电容式压力敏感结构对其进行了研究与制作。基于有限元方法对压力敏感结构的响应特性进行了分析,仿真结果表明,该结构在增加线性响应范围和提高线性度方面表现出显著优势。试制了量程为100 kPa的样品芯片,测试结果表明,在25~100 kPa的压力范围内,样品芯片的灵敏度达到0.058 pF/kPa,其非线性度为4.83%FS。     

车用新型陶瓷电容式压力传感器

压力传感器是车辆电子控制装置获得压力信息的主要元件之一,文章通过对电容式压力传感器基本原理的分析,阐述在电容敏感材料变为陶瓷时,其性能、特点、精度及相应的信号处理,使其在低成本的基础上,广泛地应用于社会的各个领域     

电容式压力传感器的厚膜集成化研究

采用厚膜传感技术研制电容式感压元件,并通过厚膜混合集成技术将信号处理电路集成在感压元件上成为一体,进行电容式压力传感器的厚膜集成化研究。结果表明：研制成的新型厚膜电容式集成压力传感器,线性达到0．5％,迟滞小于0．5％,具有重复性好,受分布电容,寄生电容影响小,精度高,抗过载,耐腐蚀等特点,对厚膜感压元件,信号处理电路的设计与平面化加工以及集成化等进行了介绍,并对集成化中相关工艺,兼容性及性能进行了讨论。     

采用环形岛棱结构的电容式压力传感器

改变传感器可动极板的结构是解决MEMS电容式压力传感器信号输出与压力输入呈非线性关系问题的方法之一。设计了一种新型结构电容式压力传感器,其可动极板是LPCVD氮化硅构成的一个方形薄膜,薄膜中心到边缘之间由PECVD氧化硅构筑一个环形岛棱,使可动极板在压力负载下的变形趋于平整,减小了边缘杂散电容带来的非线性,从而改善了该传感器的输出特性。利用有限元方法分析了不同尺寸的动极板在不同外加压力作用下压力与形变的关系,以及相应的应力分布情况,并采用最小二乘拟合直线法计算了压力传感器的线性度。分析结果表明,与常规的双极板微型电容式压力传感器相比,新型结构压力传感器的线性度改善了48.38%,达到了1.6％。     

基于赝电容的高线性度柔性压力传感器研究

基于可逆氧化还原反应的赝电容式柔性压力传感器具备高灵敏性能,可用于微弱压力检测,然而,目前赝电容式柔性压力传感器线性度较差,只能在有限压力区间内保持较高灵敏度。 为此,本文利用 MXene 材料作为电极,设计了一种内部具有孔隙且表面粗糙的双尺度随机微结构离子凝胶膜,增加了其压缩过程中的缓冲空间,使凝胶膜应力变形更加均匀,确保了灵敏度在受压过程中保持稳定。 实验数据表明,传感器在 0 ~ 1 MPa 范围内具有超高的线性度(相关系数 ~ 0. 994),优异的灵敏度( ~ 2 133. 7 kPa-1)、快速的响应和恢复时间(分别为~15 和~23 ms),较低的检测限( ~ 2. 5 Pa)和优异的机械稳定性。 将传感器用于水下,可高线性检测水深,同时传感器可以高灵敏检测到不同水深下螺旋桨扰动产生的微弱水流变化。     

喷印柔性压力传感器试验研究

柔性压力传感器是智能机器人和生物医疗等典型应用领域中的关键部件。针对10～50 kPa中等压力下对柔性压力传感器的高灵敏度、良好压力分辨率和快速响应需求,提出在PDMS基底上直写喷印石墨烯纳米片(GNPs)/多壁碳纳米管(MWCNT)构建S型折线图案化敏感单元,结合封装层微结构阵列,制备中压高灵敏度、低检测限的柔性压力传感器。试验结果表明,在压力为0～15 kPa和15～40 kPa的条件下,该传感器灵敏度分别为0.114 kPa–1和1.41 kPa–1,响应/恢复速度快(约100 ms/50ms)。同时,其也可检测低至约3Pa的微小压力。同时,该传感器更是能对不同发声进行准确的区分识别,对不同的指压信号进行精确稳定反馈。可见,喷印制造柔性压力传感器将为语音识别、人工假肢、制备高性能电子皮肤和医疗康复器件等提供可能的优选方案。     

微传感器压力测量系统

压力是应用最为广泛的物理参数之一,压力测量在工业生产中必不可少.在研究微电容传感器的基础上,分析了压力测量的工作原理,提出一种基于微电容传感器的压力测量的设计方法,给出适合该种传感器的信号检测电路和压力测量系统组成.实践表明,此设计方法具有较高的准确性和应用推广价值.     

基于柔性导向机构的重力分量传感器开发北大核心CSCD

现有机器人打磨重力补偿需要根据姿态来计算重力分量,主要方式是通过机器人的姿态计算或者姿态传感器,存在计算复杂或者成本高的弊端。文中提出一种基于柔性铰链导向机构的重力分量传感器,通过测量柔性铰链导向方向的变形,计算在不同位姿下的柔性铰链弹性力,与水平位置的读数相比,直接计算出重力分量。与重力角度传感器相比,不需要标定,还能计算出由于加速度引起的惯性力部分,重力补偿更加准确。     

一种新型柔性电容式触觉传感器的电容仿真与计算

提出一种新型柔性电容式触觉传感器的设计方案,分别采用高导电材料硅脂导电胶和绝缘硅胶制备电极层和介质层,由于其"全柔"特性,传统的平行板电容计算公式已经不能满足计算要求。因此,根据接触力学中的位势理论简化推导了单维力加载时的柔性平行板电容器的变形规律,并利用多物理场仿真软件COMSOL对柔性平行板电容器进行有限元仿真计算,验证推导结果。最后,针对该柔性平行板电容敏单元灵敏度低的缺点,对几何模型进行改进,仿真结果表明灵敏度得到了大幅提高。     

电容式压力传感器的线性化校正与温度补偿

论述了利用最小二乘法和牛顿插值法对电容式压力传感器的非线性和温度影响进行校正和补偿的方法。对电容式压力传感器信号存在非线性和温漂问题的机理进行了分析。采用最小二乘法对传感器输出信号进行非线性校正,然后利用牛顿插值法进行温度补偿。测试结果表明,在-40~85℃温度范围内实现了0.04%的测量精度。     

宽范围高灵敏度的碳基柔性电容传感性能北大核心CSCD

为了改善柔性电容式传感器灵敏度与测量范围的问题,提出了一种易制备、无微结构的制备方法。以硅橡胶为柔性基底,碳纳米管和石墨烯为导电填料,采用机械共混和热固化工艺制备了柔性碳基介电层,选用铜箔作为传感器上下电极。研究分析了碳基填料和固化温度对介电层灵敏度与弹性模量的影响,并通过万能试验机与数字电桥构成测试回路对传感器传感性能进行测定分析。实验结果表明,混合填充与单组分填充相比灵敏度提高约10倍,较高的固化温度可以有效降低弹性模量;在30 kPa压力下灵敏度高达1.092 kPa-1且在循环载荷下表现出良好的稳定性,响应时间和恢复时间分别达到300 ms与260 ms,并且拥有较低的迟滞特性。     

燃油蒸汽压力传感器的封装研究北大核心CSCD

为了实现面向汽车燃油蒸汽压力检测的压阻式微压传感器封装,应对其油污、振动的使用环境,减小封装结构应力对压敏芯片的影响,采用芯片背面承压,与电路集成在一块陶瓷基板上,再同塑料外壳组装成完整传感器的封装方式。通过仿真软件辅助设计,研究了贴片胶、外壳以及基板对压敏芯片的影响,确定了最优封装结构和参数,封装样品经过测试全温区最大误差约为1.2%FS,满足使用需求,通过这种封装方式降低了传感器的尺寸和成本。     

基于镓基液态金属的高带宽柔性NFC标签天线设计及特性测试

利用镓基液态金属作为柔性导电材料,制备基于NFC的可穿戴柔性标签天线。通过理论、仿真和实验分析,设计的NFC标签天线具有良好的柔性特点和较高的带宽,其在较大拉伸和弯曲变形下的电感变化和谐振偏移程度不大,具有较好的工作稳定性。与传统的NFC天线不同,设计的天线具有较好的柔性和可拉伸性,可以柔和地贴合在人体皮肤表面,利用该天线制备的NFC标签能够在13.56 MHz工作频率下进行无线通信,最大通信距离约为3.36 cm,与人体手腕处皮肤接触后的最大通信距离约为3.12 cm。制备的柔性NFC标签天线以其独特的优点,在信息交换、个人健康数据监测和可穿戴生物传感等领域有着较大的潜在应用。