[實用新型]一種非陣列式超級電容式觸覺傳感器

有效

• 申請號: 201821746596.X
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN208984257U
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉吉曉;劉娜;郭士杰;孟垂舟
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本實用新型為一種非陣列式超級電容式觸覺傳感器，該傳感器包括上電極層、下電極層和位于兩電極層之間的離子凝膠層以及空氣層；所述上電極層和離子凝膠層之間為空氣層，所述離子凝膠層在通電時能在上下表面聚集正負電荷；上電極層連接電源正極a，下電極層接地b，在上電極層的上表面上沿橫縱方向設置兩組測量電極，每組測量電極均包括兩個測量電極，這兩個測量電極到上電極層中心的距離相等。該傳感器采用的是非陣列式，采用離子凝膠層以及空氣作為中間層，實現了對正壓力的大面積精確定位，在受到正壓力時上電極層與離子凝膠層接觸可形成超級電容，從而測定正壓力的位置。

技術領域

本實用新型涉及觸覺傳感器，具體是一種非陣列式超級電容式觸覺傳感器及應用，該傳感器能用于測量正壓力的位置和/或正壓力的大小。

背景技術

觸覺傳感器是機器人與外部環境直接作用的必需媒，它可直接測量對象與環境之間的多種性質與特征。隨著社會生活進步，機器人與人之間的接觸越來越密切，對機器人的研究越來越深入，賦予其相應的視覺、觸覺對實現機器人與人的協作有重要的意義。觸覺對實現機器人的智能化尤為重要，它可以向機器人直接反映周邊環境的各種信息。目前視覺相對來說發展已經成熟，觸覺的發展還在不斷地研究發展中。目前研究的觸覺皮膚傳感器，其主要功能是用來感受機械外力，并且缺乏柔性。

現有的觸覺傳感器大多數為陣列式觸覺傳感器。陣列式觸覺傳感器在大面積使用時引線較多，調理電路較為復雜，并且在制作過程中，若增大電極寬度，即可增大有效電容，同時也會增大產生的噪聲電容，無法解決有效電容與噪聲電容之間的矛盾。

申請號為201621268241.5的專利公開了一種具有圖案化微結構陣列的電容式觸覺傳感器，該壓力傳感器設計微結構圖案，加工制備方法復雜，同時采用陣列電容，會產生很高的信噪比，寄生電容的影響較大，并且陣列電容產生較多的電極引線，加工工藝要求高，不易大規模進行加工。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是，提供一種非陣列式超級電容式觸覺傳感器及應用。該傳感器采用的是非陣列式，采用離子凝膠層以及空氣作為中間層，實現了對正壓力的大面積精確定位，在受到正壓力時上電極層與離子凝膠層接觸可形成超級電容，從而測定正壓力的位置。

本實用新型解決所述技術問題采用的技術方案是，提供一種非陣列式超級電容式觸覺傳感器，其特征在于該傳感器包括上電極層、下電極層和位于兩電極層之間的離子凝膠層以及空氣層；所述上電極層和離子凝膠層之間為空氣層，所述離子凝膠層在通電時能在上下表面聚集正負電荷；上電極層連接電源正極a，下電極層接地b，在上電極層的上表面上沿橫縱方向設置兩組測量電極，每組測量電極均包括兩個測量電極，這兩個測量電極到上電極層中心的距離相等。

該傳感器還包括壓電層，壓電層位于下電極層的下表面，壓電層與外部測量電荷設備連接。

與現有技術相比，本實用新型有益效果在于：

1.本實用新型中將超級電容應用到傳感器中，上下極板分別采用柔性電極，中間層采用離子凝膠層及空氣層，整體結構具有高柔性，可實現拉伸、卷曲、按壓等變形。整體結構厚度可控，通過調節各層的力學特性和厚度可應用于不同場合。

2、本實用新型中傳感原理的核心采用了靜電雙電層電容(ElectrostaticDouble-Layer Capacitor,EDLC)。靜電雙電層電容是超級電容的原理之一，即在受到正壓力時，在離子凝膠層上下表面可分別聚集正負電荷，從而分別與上、下電極層表面構成雙電層電容(超級電容)，隨上電極層與離子凝膠層接觸增大，其電容量也隨之增大。本實用新型中采用的超級電容原理，形成產生的電容量比同等結構尺寸的普通介電電容產生的電容量高四至六個數量級 (10⁴-10⁶倍)，其產生的信號強度更大，傳感器信噪比更高。在受到正壓力時，超級電容的形成，引起電極層表面的電勢分布受到影響，通過測量電極間電勢差來確定正壓力的位置，由于超級電容的形成，也增加了傳感器的壓力檢測范圍。