全纳米纤维离电式柔性压力传感器的制备及性能研究

为解决传统的电容式压力传感器灵敏度低的问题,基于聚丁二酸丁二醇酯对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)和离子液体(ILs),采用静电纺丝技术制备离子介电层(ILs/PBST),并利用离电式压力传感机制开发了一种灵敏、透气的全纳米纤维离电式柔性压力传感器。该器件具有超高灵敏度(902.4 kPa-1,0~6 kPa)和快速响应/恢复时间(147 ms/147 ms),能够快速稳定地监测多种人体运动及生理信号。此外,三维多孔纳米纤维网络赋予其良好的透气性,确保其长期佩戴的舒适性,该器件有望应用在智能医疗领域。

阵列式柔性薄膜传感器的快速扫描实现

柔性薄膜传感器由于具有极高的柔韧性和可拓展性,可生产出不同大小的面积形状,通过阵列式排布,可以设计出大尺寸、多样化与数据实时特点的集成传感器模块。但对于大尺寸阵列式柔性薄膜的数据实时采集的方法仍存在挑战,本文基于STM32单片机以及一块4×4(可拓展)的阵列式柔性薄膜,经STM32控制,实现阵列式快速扫描,实时快速地定位出信号来源并反馈出在该薄膜单元的压力变化值。

一种杠杆式柔性压力传感器标定装置研制

针对现有柔性压力传感器标定装置及方法存在精度差、结构复杂且不易操作等问题,设计并搭建一种杠杆式标定装置。采用STM32和增量式PID算法作为微处理器和控制算法,实现标定装置中步进电机角度和速度控制。通过步进电机转动调节配重的位置,从而利用杠杆原理对施加在标定对象上的载荷进行调节。通过这种间接加压方式,可对标定对象进行高精度压力加载。实验表明:研制的杠杆式标定装置可在0~20 N量程内,20 s内达到期望压力值且测量误差保持在±0.01 N,具有高精度压力加载、操作简单等特点,可用于高质量、高效率的柔性压力传感器标定。

基于导电橡胶填充海绵的柔性压力传感器研究

随着智能机器人的发展,具有精准压力感知能力的电子皮肤成为研究热点。本文使用改性多壁碳纳米管(MWCNTs)和硅橡胶(SR)组成的复合材料及三聚氰胺海绵,采用浸渍工艺,制备了一种高灵敏电阻式柔性压力传感器。阐述了传感器的制作流程,对多壁碳纳米管的改性进行了表征,测试了压力传感器的传感性能,并将传感器装配到机械手上实时检测压力。测试结果表明:制备的海绵压力传感器具有良好的稳定性,宽工作范围(0~580kPa),快速的响应时间(~46ms)及良好的重复性(~2000次)。将传感器装配到定制的3D打印机械爪模具中安装到机械臂上,通过设计的信号采集电路及编写LabVIEW,上位机可以实时获取传感器的信号,得到机械爪上的压力数据,并结合支持向量机算法实现对抓取物体的分类。

石墨烯/PDMS仿生银杏叶微结构柔性压阻式压力传感器

柔性压阻式压力传感器是可穿戴健康监测系统和人机交互设备的重要组成部分。在实际应用中,对具有高灵敏度和宽线性范围的压阻式压力传感器的需求迫切。以石墨烯油墨为功能层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性材料,设计并制备了具有仿生银杏叶微结构的柔性压力传感器。利用扫描电子显微镜(SEM)表征了传感器的表面形貌。结果表明,仿生银杏叶表面的微结构包括平行叶脉和各种形状不一的凸起。该传感器具有1.56 kPa-1的高灵敏度和22.6 Pa^20 kPa的宽线性范围,当施加不同的载荷时有明显的台阶现象,并且可以在10000次的循环压力测试下保持稳定良好的性能。传感器的响应时间缩短至80 ms左右。此外,该压阻式压力传感器可用于检测人体关节的运动,表明其在健康监测和电子皮肤中应用潜力巨大。

柔性压阻式压力传感器的制备与性能优化

柔性压力传感器由于具有人体组织一样的柔软性在健康监测、电子皮肤和人机交互等领域扮演重要角色,21世纪物联网技术和人工智能的飞速发展带动了柔性压力传感器的应用热潮,其中柔性压阻式压力传感器因具有结构简单、易于制备、成本低的优点而被广泛使用。为了使柔性压阻式压力传感器能够应用于不同区间下的压力检测,科研人员通过材料选择和结构设计不断优化传感器的性能。本文从材料选择、制备方法和性能优化几个方面综述了近几年柔性压阻式压力传感器的发展动态,并从实际应用的角度出发对未来传感器的发展方向作出展望。

基于rGO/PDMS可穿戴电阻式柔性压力传感器的制备和性能研究

文章介绍了一种基于还原型氧化石墨烯(rGO)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)的电阻式柔性压力传感器,提出了一种制备柔性压力传感器的新方法,并研究了rGO浓度对该传感器灵敏度的影响。结果表明,该柔性压力传感器具有较高的灵敏度,当rGO掺杂量为4%时,灵敏度最大可达到76.321 kPa^(-1),可用于监测人体关节弯曲程度和手腕中的脉搏运动。该电阻式柔性压力传感器制造成本低,灵敏且耐用,在机器人皮肤和智能穿戴领域具有广泛的应用前景。

柔性压阻式压力传感器的研究进展

柔性压阻式压力传感器作为柔性压力传感器的重要分支,具有结构简单、灵敏度高、工作范围大、响应速度快及稳定性高等特点,在人类运动行为探测、健康监测、仿生电子皮肤开发及人机交互等领域均具有潜在发展需求.但是截至目前,如何同时实现低成本、高性能、低能耗和自驱动仍旧是柔性压阻式压力传感器未来所面临的挑战,而新型传感机制的开发、新型功能化纳米材料的融合及柔性器件的新型制备工艺将是未来发展的方向.本文综述了近年来柔性压阻式压力传感器的研究进展,从传感机制出发,对柔性压阻式压力传感器的活性层材料种类和微结构设计类型进行了总结,最后对其未来的潜在应用进行了展望.

压阻式柔性压力传感器阵列信号采集系统设计

针对触觉传感检测的实际需求,基于STM32单片机,采用分档分压与恒流源相结合的方法设计了一种压阻式柔性压力传感器阵列信号采集系统;基于串口通信技术设计了计算机信号读取与分析系统。设计开发的系统可以实现传感器阵列信号的实时采集、分析和存储,系统稳定性较好。采用标准电阻对研制的信号采集系统进行了性能检验,系统测量阻值与标准阻值的误差在1%以内,表明设计的信号采集系统满足压阻式柔性压力传感器阵列的检测需求。

柔性阵列式声表面波微力传感器的研究

主要研究柔性阵列式声表面波微力传感器,进行两个金属或者非金属物体以及其间若干局部弹性介质接触面(厚度在1~5mm)间接触微压力(0.0~0.2N)的检测,根据基片结构所受应力变化使用有限元分析法进行受力分析,同时设计柔性阵列式传感器基片,确定边界条件,建立其线性回归数学模型并进行曲线拟合。该器件能够在特殊测量环境下满足力敏原件自由弯曲的特性,并且能够在恶劣环境下进行无源无线通信,在测量压力时具有抗干扰能力强、精度高且分辨率高的特性,可广泛应用于接触式测量、无损检测、机器人及生物力学等领域。

柔性传感器在足底压力测量系统中的应用

查阅国内外相关资料,对柔性传感器在足底压力测量系统中的应用进行总结。常见的足底压力测量系统主要有鞋式和平台式两种,分析影响这两种足底压力测量系统的影响因素和传感器在足底压力测量方面的性能,并对人体足底压力测量点和传感器测量区域进行讨论。研究发现传感器与压力的线性力学属性可以实现足底压力的实时测量,将传感器、Internet和GPRS模块有效结合的足底压力测量系统能够实现远程足部电子医疗诊断与监测。

三维织物基石墨烯柔性压力传感器设计及应用

为更好地将石墨烯改性三维织物应用于智能纺织品,以三维织物作为基材,石墨烯溶液作为活性材料,组装具有三维结构的柔性压阻式压力传感器阵列。并将传感器阵列与控制器、计算机、手机蓝牙结合成电子智能纺织品。控制器以STM32F103C8T6单片机作为主单元,连接外部设备,结合蓝牙,实现数据采集与无线传输。整个系统在重物识别、人体静态体征测试方面具有独特优势和广阔应用前景。

基于微结构的网印柔性压力传感器

智能生活将生活中的各种物品串联在了一起,物联网的壮大已经成为不争的事实。根据IDC的预测,全球物联网市场的规模将在2017年由2013年的5.4万亿美元增至7.3万亿美元。而智能家居和可穿戴设备等一系列新型生活方式的崛起,为传感器带来产业链淘金机会,其中包括MEMS传感器等。作为产业链上游技术的核心,原本用于汽车、智能手机的MEMS传感器系统开始强势进入可穿戴设备。

柔性压力薄膜传感器的制备及特性研究

柔性压力传感器作为可穿戴电子设备的重要组成部分,是如今的热门研究方向。如何合理地设计与制备压敏材料是研究的重点。利用静电纺丝技术制备了具有3D网络结构的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,通过聚多巴胺(PDA)进行表面改性,再将聚苯胺(PANI)作为导电填料,成功制备出性能优异的柔性压力敏感薄膜,进而得到了测量范围较宽(0~70 kPa)、灵敏度较大(10.1(kPa)^-1)以及具有良好稳定性的柔性压力传感器。

基于仿生微结构的高性能柔性压力传感器

柔性压阻式压力传感器可用于对人体姿态变化进行准确的检测。设计了一种新型柔性压阻式压力传感器。采用了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底、石墨烯油墨等材料对传感器进行了制备,阐述了制备的具体过程。然后,针对传感器的表面形貌和性能进行了测试分析,结果显示可以达到较高的检测范围12.8 Pa~25 kPa和灵敏度1.77 kPa^(-1)。另外,响应速率为26 ms;循环压力测试下保持了较高的稳定性,通过对人体腕部以及手指弯曲的检测也验证了其应用的效果。

浅析碳纳米材料在柔性压力传感器中的应用

基于碳纳米材料的不断发展,柔性压力传感器得到了优化,并在诸多领域中得到了应用。对此,笔者将简单阐述碳纳米材料在柔性期间中应用的发展,探究其在柔性压力传感器中的应用方式,并对未来发展趋势进行预测,以供参考。

多层结构柔性压力传感织物的设计与性能

智能可穿戴技术因其能够实时交互穿戴者与环境之间的信息而具有巨大发展潜力,在柔性可穿戴设备中,柔性压力传感器是用于压力检测的关键器件。使用导电材料MWCNTs与PEDOT:PSS制备3种不同的传感器敏感层,以镍铜织物作为传感器的上下电极,制备一种具有多层结构的柔性压阻式压力传感器,并对传感器性能进行测试。结果表明,PEDOT:PSS敏感层在0~5 kPa压强范围内,灵敏度高达0.168 12 kPa-1,具有较快的响应时间与恢复时间,以及较好的可重复性。该传感器性能良好,可以应用在柔性可穿戴设备中。

压力传感器三维架构PDMS基活性材料的最新进展

柔性压阻式压力传感器因其诸多优点在多个领域具备良好的应用前景而成为研究热点,作为压力传感器主要组成部分之一的活性材料,对器件的性能具有举足轻重的影响,聚二甲基硅氧烷(PDMS)因具备良好的综合性能而与导电填料结合用来制作活性材料。随着对传感器的性能要求不断提高,活性材料的结构从二维跨入了三维层面,成为大家关注的焦点。该文在简单介绍传感器工作原理和所用材料的基础上,对三维架构PDMS基活性材料的常用制备方法和最新的研究进展情况进行了重点论述,并提出了目前存在的问题和未来的研究方向。

导丝头端柔性压力传感器设计及灵敏度分析

为了感知血管介入手术时导丝头端与血管壁的接触力大小,通过分析导电复合高分子材料的传感机理,研制了一种以羧基化单壁碳纳米管(carboxylated single-walled carbon nanotubes,简称COOH-SWCNTs)为导电填料的压阻式柔性压力传感器,安装在导丝头端,其外径为1.8 mm,长度为5 mm,具有尺寸小、灵敏度高的优点。首先,通过有限元方法,建立了压阻的灵敏度仿真计算模型;其次,搭建了实验平台测试其灵敏度曲线,对传感器进行标定;最后,建立了血管介入手术过程的仿体模型,测量了导丝介入时头端与血管壁的接触力变化值。仿真计算和实验结果表明:柔性压力传感器的灵敏度为2.05×104Ω/N,量程为1 N,在导丝介入血管的过程中,导丝头端与血管壁的最大接触力不超过0.5 N,能够有效感知血管介入时导丝头端与血管壁动态的接触情况,为血管介入手术机器人的力反馈控制提供了新的方法。

基于床垫动态压力检测的胸腹呼吸运动无束缚监测方法

目的开发一种适用于日常居家使用的无束缚睡眠呼吸监测方法,实现睡眠呼吸暂停综合征(sleep apnea syndrome,SAS)及呼吸系统疾病的无束缚筛查。方法提出一种基于床单式柔性压力传感器的无束缚胸腹呼吸监测方法,通过检测呼吸时胸部和腹部作用于床垫的动态压力获取呼吸信息。对10名健康受试者进行无束缚监测与胸腹呼吸带监测的对比实验,验证所提方法的有效性。结果床单式柔性压力传感器可以检测呼吸时胸部和腹部作用于床垫的动态压力,并据此获取呼吸波形和呼吸率信息。其中,呼吸率与胸腹呼吸带的输出结果相同,而呼吸动态压力波形与胸腹呼吸带输出信号在相位上存在差异,该差异与受试者的睡姿和性别有关。建立胸式呼吸有限元模型,对呼吸运动的相位差异进行初步分析。结论床单式柔性压力传感器可以无束缚监测呼吸时胸部和腹部运动,具有判别SAS类型的潜力。由于胸腹运动存在力学耦合关系,欲利用动态压力识别胸腹运动的相位差,进一步需进行解耦研究。