基于海绵介质层的电容式三维力触觉传感器

为了提高电容式触觉传感器在较大量程范围内的灵敏度,应用P DMS(聚二甲基硅氧烷)海绵微结构作为介质层,设计了电容式三维力触觉传感器.利用有限元软件对海绵介质层和普通薄膜介质层进行性能对比,同等压力作用下,海绵微结构触觉传感器拥有更高的灵敏度.对传感器单元进行有限元分析,得到传感器在三维力作用下的形变情况和电容变化趋势...     

多电极电容式位置传感器

本文所介绍的多电极电容式位置传感器是用于位置检测或记录仪表以及其他自控系统内作为位置反馈的元件,其性能优于导电塑料电位器并兼有无触点的优点。作者林文同志系高级工程师,现在天津自动化仪表六厂工作。该项技木是作者在西安仪表厂从事科研工作期间发明的,已在我国、美国、日本和欧洲等国家申请了专利。中国专利局已审定通过,并于1987年2月发出审定决定。1986年10月已在欧洲公开。     

柔性阵列电容式触觉传感器设计与实验

针对现有柔性触觉传感器柔性差、结构和加工工艺复杂等问题,设计了一种可用于智能机器人和健康监测领域中的柔性阵列电容式触觉传感器。传感器由上电极层、下电极层和中间介电层构成,每个电极层上有多个平行带状电极,且上下层电极互相垂直,电极垂直交叉点形成阵列传感器单元。介绍了柔性阵列电容式触觉传感的理论基础和结构设计,并根据阵列结构建立了信号采集和处理系统。实验证明,该柔性阵列电容式触觉传感器和信号采集系统有很好的稳定性和准确性,可获得其表面的压力分布情况,并可在上位机中图形化呈现。     

同面多电极电容传感器的仿真与试验研究

针对非金属材料表面下异常或损伤的检测,提出一个同面8电极电容传感器。采用二维有限元法对该传感器的电势分布、灵敏度分布、电容测量及材料内部发生异常改变时的电容变化进行了仿真计算,用一种工程塑料作为样本,对同面多电级电容传感器用于检测非金属材料表面下的损伤或异常的可行性和有效性进行了试验研究。用主元分析方法对仿真计算的电容值和实测的电容值进行了异常识别,主元分析方法能很好地识别出非金属材料表面下的异常或损伤。仿真和初步的试验结果表明,当非金属材料表面下发生异常变化或损伤时,与材料的健康状态相比,测得的电容值减小了;用同面多电极电容传感器能有效的检测出非金属材料表面下的异常或损伤,该方法可用于实际的非金属材料表面下异常检测和健康状态监测。     

气体传感器叉指电极结构设计及电极间分布电阻计算

气敏材料在工作环境下初始电阻值的大小,是影响其气敏特性的重要因素.叉指电极的应用在降低初始电阻值的同时会影响气敏材料工作区域的温度分布.利用热分析确定了叉指电板结构参数,理论计算了叉指电极间气敏材料电阻值,并与实验比较,验证了计算方法的可靠性,为进一步优化电板结构提供参考.     

多传感器机械手指的设计

介绍一种多传感器机械手指，手指上安装了接近觉、滑觉、力觉、热觉与温觉等5种传感器。该手指与一简易视觉结合，能使机器人完成一些不同截面形状和材质工件的识别。     

浮动电极式三维柔性电容触觉传感阵列设计

提出了一种能够同时实现z-向压力与x-y向剪切力测量的新型三维柔性电容触觉传感阵列,采用浮动电极式的传感阵列结构设计,分别制作了基于FPCB的感应电极层和基于PDMS的浮动电极层,将脆弱的接口电路加工在底部的感应电极层上,大幅提高传感阵列的挠曲刚度。所设计的柔性电容触觉传感阵列在x-y和z-方向上的理论灵敏度分别为1.0%/m N和0.8%/m N。     

基于新型导电橡胶的三维力柔性阵列触觉传感器研究

针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息.该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,操作简便,有利于触觉传感器的产品化.介绍了该传感器的基本结构及其工作原理,并对三维力的检测进行了仿真研究,结果表明该传感器能够实现对三维力信息的检测.     

基于 PVDF 三维力传感器设计

在现代机器人技术和柔性电子应用中,迫切需要具有高灵敏度、良好灵活性和三维力测量能力的柔性触觉传感器。本文提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的触觉传感器,实现动态三维力测量。传感器由3个夹角为120°的PVDF压电敏感单元构成3个压力敏感区,3个压电敏感单元安置在聚二甲基硅氧烷(PDMS)半球型结构的底面。从PDMS半球顶部传递的三轴接触力引起3个压电敏感单元的电荷分量发生变化,从而计算出接触力的方向和大小。本文推导了基于3个压电敏感单元触觉传感器的三维力算法,对所制备的传感器进行了标定,实现了三维动态力的测试。结果表明,角θ的平均误差为7.75%,角■的平均误差为12.17%,力F的平均误差为7.48%。该三维力触觉传感器在穿戴式电子产品、健康医疗、人机交互等领域拥有很好的应用潜力。     

气室结构触觉传感器的研究

为了解决机械手触觉传感问题,介绍了一种气室结构触觉传感器及信号处理系统,并分析了传感器的结构及敏感原理和相应的信号处理方法。传感系统采用金属弹性元件为敏感器件,传感区域充满气体,当有物体触及时,弹性片将产生变形,变形信号通过光导纤维传输至信号处理器,CCD光电转换器将光信号转换为电信号。处理系统分析判断触及物体的大小、位置。阐述了传感系统所具有的体积小、触点多、灵敏度高等优点,并提出了应用设计方案。对于机械手触觉传感领域的研究具有一定的参考价值。     

我国首次研制出用于监测“三维力”的机器人触觉传感器

近日,合肥智能机械研究所和合肥工业大学联合研制成功一款新型的人工皮肤,这是我国首次研制出的用于监测“三维力”的机器人触觉传感器。所谓可以检测三维力的人工皮肤,即可以实时检测具体的受力点和三个方向的力,它不仅包括垂直方向的压力,还包括侧向的摩擦力。它综合应用了材料科学、纳米技术、传感技术和人工智能理论。     

基于结构解耦的新型电容式力矩传感器设计

为解决力矩传感器中由于倾覆力矩、轴向力和径向力等所造成的力耦合效应和测量误差问题,基于结构解耦原理设计了一种新型电容式力矩传感器。该新型电容式力矩传感器利用内置十字交叉滚子轴承实现结构解耦,从而消除力耦合效应对测量准确性的影响。测量部分采用垂直极板电容效应原理,并以双差动的测量方式提高传感器的灵敏度和稳定性。以商用转矩转速传感器作为标准力矩仪对此新型电容式力矩传感器进行标定,并进行解耦验证实验。标定和实验结果表明,该新型电容式力矩传感器的线性度为1.04%、分辨率0.05 N·m、最大测量误差约为2.07%,所设计的传感器能够有效降低力耦合效应的影响,具备结构解耦、高灵敏度和高准确性等特点。     

基于导电硅橡胶的力触觉传感器结构设计

基于量子力学的隧道效应,探究导电硅橡胶的压阻特性,以实验的方式拟合压力和导电硅橡胶电阻值的数学模型。根据触觉传感器压力检测方式,设计多层式传感器结构,实现外界接触力的检测,并对传感器的输出特性进行误差分析,验证了该传感器结构的合理性。     

基于双层微结构电极的柔性电容式压力传感器

为了研究电容式传感器电极表面有微结构对自身灵敏度的影响,设计了一种基于双层微结构电极的电容式压力传感器,其以表面溅射有导电金属的带有金字塔微结构的PDMS薄膜作为上下层电极。该方法设计的传感器能够明显地提高传感器的性能,灵敏度可达0.34 kPa~(-1),是无微结构电极传感器灵敏度的17倍,具有低的检测极限(最低为20 Pa)、较快的响应时间(200 ms)和可靠的重复性。实验表明,该传感器能够实时快速地的检测外部压力的变化。     

基于三层悬臂梁结构的电容式风速传感器设计

为解决传统电容式测风传感器的输出非线性,设计了一种基于MEMS微机械加工技术的电容式风速传感器.传感器的敏感结构创新性地采用了一个三层结构的悬臂梁,这种三层结构的悬臂梁构成了一个平行板电容器.风力作用于传感器敏感结构引起电容器的极板面积、极板间距以及绝缘层介电常数的变化,从而引起电容器输出电容的变化,通过测量传感器输出电容的变化值可以实现风速的测量.基于流体力学原理和多层悬臂梁理论对传感器进行了理论分析,并为传感器设计了制作工艺流程.     

一种基于微气囊结构的柔性三维力传感器的设计

提出了一种基于微气囊结构的柔性三维力传感器,该传感器基于硅橡胶材料设计了一种柔性传力柱结构,其底部均匀分布5个微气囊,通过测量这些微气囊气压值的变化来实现三维力的检测。利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件建立了该传感器的仿真模型,分析了传感器在受力后微气囊气压变化情况,并采用BP神经网络算法进行三维力解耦,结果表明该传感器能较好地完成三维力的检测。     

电容式钢筋腐蚀传感器的设计

根据钢筋混凝土结构锈蚀过程中电介质变化的特点,设计了一种电容式钢筋腐蚀传感器.为解决电容传感器检测准确性易受环境影响的问题,加入了参比电容和温度传感器对含水率和温度进行实时检测.根据法拉第电解定律设计了电化学加速腐蚀实验,对不同腐蚀率和不同温度、含水率下传感器的电容值进行标定.实验表明,传感器可以检测到49.68％钢筋...     

厚度渐变结构介电性能测试用变间距叉指型相邻电容传感器设计

针对厚度渐变高分子结构介电性能检测问题,设计一种变间距叉指型相邻电容传感器。研究不同叉指个数和极板覆盖率对等间距叉指相邻电容传感器信号强度和穿透深度的影响,确定了单对叉指单元的宽度范围;研究单对叉指单元参数对相邻电容传感器性能的影响,得到单对叉指单元传感器的穿透深度;根据待测结构厚度变化规律,对组成叉指传感器电极的单个叉指单元的宽度和间距进行了优化设计,设计出变间距叉指型相邻电容传感器。仿真和试验结果表明,变间距叉指型相邻电容传感器的信号强度和灵敏度优于等间距传感器,该传感器更适合渐变厚度结构材料的介电性能检测。     

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。     

同面8电极电容传感器灵敏度与激励信号的关系研究

先进复合材料具有比模量高、耐高温、耐疲劳等优点,在现代飞机上的用量越来越大。随着飞机服役年限的增加,复合材料构件会产生裂纹、内部分层等损伤。同面8电极技术可以用于飞机上复合材料构件的健康监测。高灵敏度的传感器可以检测到更细微的损伤,对检测结果有很大的影响。为使同面8电极电容传感器具有较高的灵敏度,通过实验研究了不同电压、频率及波形与同面8电极电容传感器灵敏度的关系。实验结果表明:激励信号的类型、幅值、频率以及矩形波激励信号的占空比对同面8电极电容传感器的灵敏度均有不同程度的影响。为选取合适的激励信号提供了依据。