[實用新型]一種多功能傳感的柔性傳感器

有效

• 申請號: 201920783470.8
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN209841246U
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 吳豪;張成;李洋洋
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01B7/02;G01B7/16
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本實用新型屬于柔性傳感器領域，并公開了一種多功能傳感的柔性傳感器，該傳感器包括上電極層、中間介質層和下電極層，上和下電極層結構相同，均包括柔性基體材料和鑲嵌在基體材料中的液態金屬；中間介質層介于上和下電極層之間，其中設置有多個微米級的孔；當傳感器受到壓力、拉力或被導體靠近時，通過測量傳感器電容的變化獲得該傳感器受到的壓力、拉力或導體與傳感器之間的距離的大小；當待測對象與上電極層摩擦發生時，通過測量上電極層中電壓的變化獲得待測對象對上層電極施加的壓力大小。通過本實用新型，結合電容傳感和摩擦發電兩種傳感原理，實現柔性傳感器的高靈敏度和多功能測量。

技術領域

本實用新型屬于柔性傳感器領域，更具體地，涉及一種多功能傳感的柔性傳感器。

背景技術

隨著科技與社會的發展，機器人的應用正逐漸由科研、工業自動化領域向醫療、家庭服務等領域拓展。實現機器人與外界環境之間的互動的前提是機器人可通過自身所攜帶的傳感器系統檢測到外界環境與人類的信息。覆蓋在機器人表面的大面積、柔軟、具有觸覺感知和數據處理能力的微型傳感器陣列稱之為電子皮膚。電子皮膚獲取外界環境信息是僅次于機器人視覺的重要感知形式，是機器實現與外界環境直接作用的必要媒介之一。

目前對全柔性化、多功能化機器人柔性電子皮膚多集中于觸覺感知，而取法接近感知能力，無法在作用對象接近時做出反應，而本實用新型所提供的一種用于機器人電子皮膚的可拉伸傳感器為解決上述問題提供了可能，該傳感器傳感原理基于電容傳感和摩擦發電，既可以檢測壓力，也可以檢測空間定位距離，同時還能測量應變。

柔性電子技術脫胎于硬質電子技術，因此也大量采用了傳統的半導體工藝，但是一些柔性材料對傳統工藝的適應性并不好，因此改進工藝是十分必要的，本實用新型提供了一種多功能傳感的柔性傳感器及其制備方法。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種多功能傳感的柔性傳感器，其通過利用上和下電極層形成電容傳感，利用摩擦層摩擦發電，結合電容傳感和摩擦發電兩種傳感原理，實現待測對象空間定位，壓力傳感和拉伸產生應變測量的功能，實現柔性傳感器的高靈敏度和多功能測量。

為實現上述目的，按照本實用新型，提供了一種多功能傳感的柔性傳感器，其特征在于，該傳感器包括上電極層、中間介質層和下電極層，其中：

所述上電極層和下電極層的結構相同，均包括柔性基體材料和鑲嵌在該基體材料中的液態金屬，所述上電極層的表面積大于所述下電極層的表面積，使得二者之間產生電容的邊緣效應；所述中間介質層介于所述上電極層和下電極層之間，材料為與所述上電極層和下電極層相同的柔性基體材料，該中間層中設置有多個微米級的孔形成微米孔結構；

當所述傳感器受到壓力、拉力或被導體靠近時，上下電極層之間的電容發生變化，通過測量所述傳感器電容的變化獲得該傳感器受到的壓力、拉力或導體與所述傳感器之間的距離的大小；

當待測對象與所述上電極層摩擦發生時，通過測量所述上電極層中電壓的變化獲得待測對象對所述上層電極施加的壓力大小。

進一步優選地，所述上電極層上還設置有摩擦層，該摩擦層采用與上電極層相同的柔性基體材料，其表面粗糙度Ra為1.6μm～6.4μm，當待測對象采用15KPa以下的力與該摩擦層發生摩擦時，通過檢測所述上電極層上電壓的變化獲得待測對象施加的力的大小，提高所述傳感器的靈敏度。

進一步優選地，所述上下電極層之間的距離優選為50μm～200μm，上和下電極層的厚度優選為100μm～200μm，所述微米孔的直徑優選為70 μm～210μm。

進一步優選地，所述柔性基體材料優選為PDMS、ecoflex、PI、PTFE 或PET。

進一步優選地，所述液態金屬優選采用鎵合金。

按照本實用新型的另一方面，提供了一種上述柔性傳感器的制備方法，該方法包括下列步驟：