[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210021648.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114353916A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭立強(qiáng);王偉琳;董錢(qián);丁建寧;程廣貴;張忠強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01G3/12
• 分類(lèi)號(hào): G01G3/12;G01L1/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置，由上至下依次包括上柔性基底層、上極板層、柔性電介質(zhì)層、下極板層、下柔性基底層；上柔性基底層、上極板層、柔性電介質(zhì)層、下極板層、下極板層依次排列之后在四周涂覆膠層，邊緣彈性連接；所述上極板和下極板為采用炭黑填充硅橡膠制備的導(dǎo)電橡膠材質(zhì)，通過(guò)使上下極板層之間極距發(fā)生變化，從而改變電容，通過(guò)外接電路，把物體給極板的壓力即重力轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，并通過(guò)將傳感器設(shè)計(jì)為陣列形式，增加檢測(cè)物體的接觸面積。硅橡膠為電介質(zhì)基體和炭黑為導(dǎo)電粒子制備的導(dǎo)電橡膠，可以大大增加檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可以檢測(cè)細(xì)微極距變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)工作原理的不同，觸覺(jué)傳感器可分為電阻式、電容式、光電式和電感式等幾類(lèi)。電容式觸覺(jué)傳感器與其他傳感器相比的主要優(yōu)勢(shì)是體積小、低噪聲、低溫漂、高靈敏度、響應(yīng)特性好和易于大面積觸覺(jué)感知等，具有很高的實(shí)用價(jià)值，廣泛的用于人工電子皮膚領(lǐng)域。變極距式電容式觸覺(jué)傳感器的原理是通過(guò)受力使極板間相對(duì)位移發(fā)生變化，從而使電容發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)電容的變化來(lái)測(cè)量輸入的力的大小。

在近幾年的研究中，將導(dǎo)電粒子分散到電介質(zhì)基體中構(gòu)成電容復(fù)合電介質(zhì)材料體系逐漸引起廣泛的關(guān)注。例如，在電介質(zhì)基體中均勻填充導(dǎo)電炭黑、金屬微粒等，利用復(fù)合電介質(zhì)的介電性能隨導(dǎo)電粒子在電介質(zhì)基體中含量不同所產(chǎn)生的＂滲流效應(yīng)＂，改變復(fù)合材料的導(dǎo)電性能并提高電容器的介電常數(shù)。一般來(lái)說(shuō)金屬微粒存在價(jià)格昂貴、抗氧化性比較差和在聚合物中不易分散的缺點(diǎn)。由于碳系導(dǎo)電填料種類(lèi)豐富，具有不易被氧化，可保證高分子材料的物理性能和機(jī)械性能且穩(wěn)定性?xún)?yōu)于金屬系列等優(yōu)點(diǎn)，可作為一種復(fù)合導(dǎo)電填料與硅橡膠或PDMS并用制備不同介電常數(shù)的導(dǎo)電橡膠。由此導(dǎo)電橡膠可以用來(lái)制備電容式觸覺(jué)傳感器(柔性電容式觸覺(jué)傳感器)，受外界力作用時(shí)彈性電介質(zhì)會(huì)發(fā)生壓縮，導(dǎo)致彈性電介質(zhì)體積發(fā)生變化，同時(shí)柔性電容式觸覺(jué)傳感器可等效為平行板電容其上下極板間距亦減小，兩者協(xié)同作用使柔性電容式觸覺(jué)傳感器的輸出電容值增加，正是基于這種協(xié)同作用機(jī)制使得該柔性電容式觸覺(jué)傳感器在小量程范圍內(nèi)具有較高的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案為：一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置，由上至下依次包括上柔性基底層、上極板層、柔性電介質(zhì)層、下極板層、下柔性基底層；上柔性基底層、上極板層、柔性電介質(zhì)層、下極板層、下極板層依次排列之后在四周涂覆膠層，邊緣彈性連接；

所述上極板和下極板為采用炭黑填充硅橡膠制備的導(dǎo)電橡膠材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述上柔性基底層和下柔性基底層采用聚酰亞胺聚合物。

進(jìn)一步的，所述柔性電介質(zhì)層采用聚氨酯海綿，其中孔徑參數(shù)為30-70PPI。

進(jìn)一步的，聚氨酯海綿孔徑參數(shù)為60PPI。

進(jìn)一步的，上極板和下極板分別將導(dǎo)電橡膠材質(zhì)采用絲網(wǎng)印刷工藝均勻平行鋪設(shè)于上柔性基底層和下柔性基底層表面形成上電極層和下極板層。

進(jìn)一步的，導(dǎo)電橡膠材質(zhì)的制備方法為將炭黑置入塑料試管中加入適量分散劑，將炭黑懸浮液置于磁力攪拌機(jī)攪拌40分鐘后加入相應(yīng)質(zhì)量的硅橡膠后繼續(xù)攪拌,待導(dǎo)電填料與硅橡膠均勻填充后固化。

進(jìn)一步的，導(dǎo)電橡膠材質(zhì)中炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13％。

本發(fā)明具有有益效果：

本發(fā)明提供了一種基于柔性電容式傳感器的質(zhì)量測(cè)量裝置，通過(guò)使上下極板層之間極距發(fā)生變化，從而改變電容，通過(guò)外接電路，把物體給極板的壓力即重力轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，并通過(guò)將傳感器設(shè)計(jì)為陣列形式，增加檢測(cè)物體的接觸面積。硅橡膠為電介質(zhì)基體和炭黑為導(dǎo)電粒子制備的導(dǎo)電橡膠，可以大大增加檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可以檢測(cè)細(xì)微極距變化。

具體實(shí)施方式