同面多叉指电极结构的电容式三维力触觉传感器设计

为了解决普通同面电极结构触觉传感器灵敏度低和初始电容小的问题,提出了同面多叉指电极结构的柔性电容式触觉传感器设计方案。该传感器利用电场的边缘效应,通过改变介质层的相对介电常数实现电容的变化。对叉指电极和普通同面电极的电场分布进行了COMSOL仿真分析,对所提出的传感器分别进行了仿真分析和实验验证。结果表明,该传感器不仅提高了同面电极结构触觉传感器的灵敏度和初始电容,还可实现0～10 N量程的三维力检测,且法向和切向的平均灵敏度分别为0.0186N~(-1)和0.0103N~(-1)。     

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...     

基于多孔PDMS薄膜介电层的柔性压力传感器

提出一种基于多孔弹性体薄膜介电层的电容式压力传感器。该多孔弹性体薄膜是由液体相位分离原理制作而成。首先将去离子水与聚二甲基硅氧烷(PDMS)以一定比例均匀混合,随后将溶剂蒸发后形成多孔复合弹性薄膜。以ITO为电极材料,PET为柔性基底,多孔弹性体薄膜为介电层,将两电极面对面层压封装,得到电容式柔性压力传感器。由于均匀孔结构的存在,薄膜介电层在压力作用下能发生较大形变。研究结果表明,基于多孔薄膜介电层的压力传感器的灵度为0.58 kPa~(-1),具有良好的稳定性和重复性;传感器阵列能够准确地检测表面压力分布。制作的柔性压力传感器具有高灵敏度、低成本的特点,可用于人机交互界面、电子皮肤传感和细微压力变化监控等方面。     

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。     

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北大核心CSCD

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。实验结果表明,掺杂40%体积分数LM的微半球结构传感器灵敏度高(0.721 kPa;)、检测极限低(<1.23 Pa)、响应时间短(<450 ms)、稳定性良好。该传感器可用于氢燃料电池气压泄漏检测。     

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。     

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。     

硅微微压传感器的设计

电容式硅微微压传感器具有灵敏度高、稳定性好、加工复杂程度适中等优点,适用于硅微微压传感器的信号转换.采用ANSYS软件对电容式硅微微压力传感器的核心部件进行有限元模拟,即对周边固支的各种结构类型的应变膜进行均布压力作用下的小挠度和大挠度静力学分析.对比各种结构类型的应变膜的挠度特性发现:圆形带岛波纹薄膜囚其岛部位移的一致性提高了感测电容的灵敏度,其良好的线性降低了后续检测电路的复杂程度,是电容式硅微微压传感器的较好选择.     

石墨烯-聚合物柔性电容传感器制备及性能研究

为了研究不同微结构对柔性电容式压力传感器性能的影响,采用成本较低的旋涂技术制备了无微结构、单层微结构和双层咬合微结构的柔性电容式压力传感器。通过对三种传感器进行测试试验,对比分析了具有不同微结构传感器的灵敏度,同时,对具有单层砂纸微结构传感器的响应特性、重复特性和迟滞特性进行了测试分析。试验结果表明,在20 kPa的载荷下,具有单层砂纸结构的柔性电容式压力传感器相较于其他两种传感器具有较高的灵敏度,在0～4 kPa的压力范围内灵敏度为0.451 kPa-1,4～6 kPa压力范围内灵敏度为0.14 kPa-1,6～25 kPa压力范围内灵敏度为0.03 kPa-1。制备的传感器具有较强的响应特性、良好的恢复性和稳定性,能够适应柔性可穿戴电子器件的应用需求。     

电容阵列柔性压力传感器设计与分析

针对现有的柔性电容式压力传感器精度低、重复性差、大面积应用难度大等缺点,设计了一种柔性电容式压力传感器,可用于生理信息监测或机器人皮肤等领域。该传感器结构基于交叉电极式电容阵列,材料及制备工艺简单,易于大面积扩展应用,可对接触状态进行定量反馈。实验表明,该传感器能够感知0~70 k Pa范围的压强,可清晰分辨人手、脚等接触压力信息;电容灵敏度约1.17%V/k Pa;响应速度可达30 f/s,可实现压力信息的实时图形化显示。