[發明專利]材料識別和分類方法及其系統

有效

• 申請號: 201910041420.7
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109856228B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 董桂芳;郭航;榮欣
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張杰

本發明提供一種材料識別和分類方法及其系統，其將靜電序列不同的一種或者幾種已知材料在基板上形成一個或者幾個探頭的陣列，將被測材料與所述一個或者幾個探頭的已知材料表面接近、接觸或者離開，檢測被測材料接近前、接近、接觸、離開或者離開后所述一個或者幾個探頭上的電壓或者電流信號，根據所述電壓或者電流信號來識別和分類所述被測材料。

技術領域

本發明涉及一種材料識別和分類方法及其系統，屬于根據材料電特性來識別材料的傳感器相關的技術和系統。

背景技術

近年來，隨著人工智能技術的發展，多種壓力傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器和磁力傳感器應用于機器人、醫療設備、電子皮膚等復雜的體系中，準確感知周圍環境的各種信息，成為化學、電子、儀器和醫學等領域的研究熱點之一。然而，能實現材料種類精確識別和分類的傳感器卻很少有報道。

大家知道，各種物質之間存在靜電序列。所謂靜電序列，就是根據兩種物質相互接觸時產生靜電的極性，將各種物質依次排成的序列。根據這個序列，前后兩種物質接觸時，前者帶正電，后者帶負電。可用各種物質的功函數不同或物質的極性基團不同來解釋。帶電極性等情況還與溫度、雜質等因素有關。也就是說不同物質的物體互相接觸時，一定是一種物體帶正電荷，另一種物體帶負電荷。靜電序列是指從正負電荷著眼，把物質按照由帶正電到帶負電的順序整理成的推列次序。下面是一個接觸帶靜電序列：

(+)尼龍、羊毛、絲綢、賽璐珞、棉織品、金屬、黑橡膠、滌綸、維尼綸、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯(-)。

在以上序列中，尼龍最容易失去電子，聚四氟乙烯最容易得到電子。序列中任何一物質與它后面的物質接觸摩擦，前者帶正電，后者帶負電。例如尼龍與聚乙烯摩擦接觸，尼龍帶正電，聚乙烯帶負電。

發明內容

本發明人對靜電序列不同的若干材料物體進行了研究，根據不同材料具有不同的靜電序列原理，制備了一個或者多個探頭的陣列，陣列中的每個探頭上集成有不同的已知材料，根據被測材料與探頭上的不同已知材料之間的靜電序列不同而產生的感應電荷不同，確定出被測材料是探頭上哪種材料，或者確定出被測材料的靜電序列相對于探頭上不同材料靜電序列所處的位置。

本發明的目的在于提出一種用于實現一種材料的自動識別及分類的方法及其系統。

根據本發明的一種材料識別和分類方法，其特征在于，包括：將靜電序列不同的一種或者幾種已知材料在基板上形成一個或者幾個探頭的陣列，將被測材料與所述一個或者幾個探頭的已知材料表面接近、接觸或者離開，檢測被測材料接近前、接近、接觸、離開或者離開后所述一個或者幾個探頭上的電壓或者電流信號，根據所述電壓或者電流信號來識別和分類所述被測材料。

優選地，根據本發明的材料識別和分類方法，所述一個或者幾個探頭中還分別具有導電電極，所述已知材料形成在所述導電電極上，所述電壓或者電流信號從所述導電電極引出。

優選地，根據本發明的材料識別和分類方法，以每個探頭在被測材料接近前的電信號為基準，當一個探頭上沒有電壓變化量或者電流信號而其余探頭上都具有電壓變化量或者電流信號時，將所述被測材料識別為該沒有電壓變化量或者電流信號的探頭的已知材料。

優選地，根據本發明的材料識別和分類方法，以每個探頭在被測材料接近前的電信號為基準，當所有探頭上的電壓信號變化量都為負或者電流信號都為先負后正時，將所述被測材料分類為靜電序列小于所述陣列中靜電序列最小的探頭的已知材料的材料類別；當所述陣列中靜電序列最靠近的兩個探頭上的電壓信號變化量出現電符號相反或者電流信號出現先負后正和先正后負時，將所述被測材料分類為靜電序列介于所述陣列中靜電序列最靠近的這兩個探頭的已知材料之間的材料類別；當所有探頭上的電壓信號變化量都為正或者電流信號都為先正后負時，將所述被測材料分類為靜電序列大于所述陣列中靜電序列最大的探頭的已知材料的材料類別。