[實用新型]溫度觸覺傳感裝置

無效

• 申請號: 200920231793.2
• 申請日: 2009-09-08
• 公開（公告）號: CN201497592U
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 吳劍鋒;李建清;周連杰;陳從顏;王豐華;吳劍進
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16;G01N25/20;A61B5/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本實用新型涉及一種溫度觸覺傳感裝置，可應用于測試接觸物體的熱特性，涉及觸覺傳感器領域與溫度傳感器領域。該溫度傳感裝置可分辨物體的熱特性，適用于機器人手指，空間探測，醫療等多個領域。

背景技術

觸覺是機器人實現與環境直接作用的必需媒介，是機器人獲取環境信息的一種僅次于視覺的重要知覺形式。與視覺不同，觸覺本身有很強的敏感能力可直接測量對象和環境的多種性質特征。可以實現有些視覺無法實現的功能，因此觸覺不僅僅只是視覺的一種補充。與機器人視覺傳感技術的廣泛應用相比，機器人的觸覺傳感技術仍然處于發展的初級階段，特別是觸覺識別方法。由于觸覺傳感器的多樣性及機器人手爪功能的局限性，至今沒有自身特點的理論和方法。

目前觸覺傳感器的研究內容主要是力觸覺傳感器，光學觸覺傳感器的方向，對于溫度觸覺傳感器的研究相對較少。而觸覺傳感器的研究主要局限于機器人觸覺的應用上。

溫度傳感器按傳感器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡。這種測溫方法精度比較高，并可測量物體內部的溫度分布。但對于運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測穩方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。

溫度特性識別在很多領域都有應用，例如機器人手指，材質識別，空間探測等。以材質識別為例，材質識別可以依賴于紅外探測，超聲波探測，紅外探測和超聲波探測，雖然準確度高，但不確定性易受人體溫度和外界溫度的干擾影響。溫度觸覺傳感器相對于這些識別，更經濟適用，便捷方便，其應用于機器人手指目的在于更真實模擬人的手指的觸覺辨別能力。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種結構簡單、測試過程便于操作的通過接觸識別測試對象熱特性、反映速度快、識別精度高的溫度觸覺傳感裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案：

一種溫度觸覺傳感裝置，包括溫度傳感器，包括第一絕緣板、第二絕緣板以及設置在第一絕緣板與第二絕緣板之間的溫度傳感器、加熱器以及一絕緣基板，所述的絕緣基板設置在所述的溫度傳感器與加熱器之間。

所述的加熱器、絕緣基板以及溫度傳感器采用上中下三層結構，所述的加熱器與溫度傳感器水平布置在絕緣基板的上下兩側，且所述的加熱器與所述的第一絕緣板連接，所述的溫度傳感器與所述的第二絕緣板連接。

所述的加熱器、絕緣基板以及溫度傳感器設置在同一層上，且所述的加熱器與溫度傳感器水平布置在絕緣基板的左右兩側。

所述的溫度傳感器包含嵌入的溫度傳感金屬線圈，所述的金屬線圈采用半徑遞減的半圓螺旋的環繞方式或邊長遞減的等腰直角三角形螺旋的環繞方式。

所述的加熱器包含嵌入的金屬加熱絲，所述的金屬加熱絲采用半徑遞減的半圓螺旋的環繞方式或邊長遞減的等腰直角三角形螺旋的環繞方式。

本實用新型溫度傳感裝置，包括溫度傳感器部分、加熱器部分以及基板三部分組成：

溫度傳感器部分。溫度傳感器部分由絕緣薄板和嵌入其中的溫度傳感金屬線圈組成。金屬線圈可采用半徑遞減的半圓螺旋線纏繞方式、邊長遞減的等腰直角三角形螺旋纏繞方式，在加工工藝和固定薄板面積的限制條件內，使線圈長度最大，以增大電阻值和接觸導熱面積，金屬線圈的兩個端點外接調理電路構成測試電路，傳感器的最外層是一層薄絕緣層。傳感器部分用于接觸被測對象表面，通過測試金屬線圈的電阻值變化，模擬出電阻值變化曲線從而識別被測對象熱特性，這些熱特性包括熱擴散系數，導熱系數，比熱容等。

加熱器部分。加熱器部分由絕緣薄板和嵌入其中的金屬加熱絲組成。金屬加熱絲可采用半徑遞減的半圓螺旋線纏繞方式、邊長遞減的等腰直角三角形螺旋纏繞方式，在加工工藝和固定薄板面積的限制條件內，使線圈長度最大，以增大電阻值和接觸導熱面積，金屬加熱絲的兩個端點外接加熱電源，加熱器的最外層是一層薄絕緣層。加熱器部分用于加熱整個溫度傳感器，外接加熱電路使金屬線圈兩端通入電流，使金屬線圈發熱，目的是保持整個溫度傳感器裝置為恒溫，該恒溫的溫度值可以隨著不同的測試對象進行調控。其以保持整個傳感裝置為恒溫狀態的目的的加熱功能，可以使整個裝置模擬人的手指接觸物體時的恒溫狀態，體現傳感器裝置的觸覺功能。