可测量法向力和剪切力的带屏蔽软体电容传感器

软体电容传感器因其高柔顺性和高灵敏度等特征在人机交互、可穿戴设备和软体机器人中有很好的应用前景,然而电容检测很容易受到外界电磁场的干扰,因此提出了一种带屏蔽的软体电容传感器。为了能够同时检测法向压力和剪切压力,设计了一种三电极的双电容结构,同时在传感器上下表面添加屏蔽层来屏蔽外界电磁场干扰。为解决因屏蔽层变形产生的寄生电容对检测电容的影响,提出了一种刚度分层的方法,电极之间的电介质感知区域采用一种厚度仅约0.6mm的硅胶海绵结构,而电极和屏蔽层之间采用实心硅胶,从而保证按压传感器时感知区域的变形远大于屏蔽层。实验结果表明,传感器可以同时检测法向压力和剪切压力的变化,法向灵敏度可达到0.12 kPa^(-1),单位剪切压强的电容变化达10 fF,与不带屏蔽的传感器相比,该传感器可将交流高压(1400 V)电场引起的噪声减小到9%。这种带屏蔽的传感器在电吸附皮肤、软体机器人、可穿戴医疗设备等电磁干扰较强的环境中具有潜在的应用价值。