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。

基于空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器

提出了一种使用空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器,通过倒模的方法制备PDMS和BaTiO_(3)复合材料的空心微柱介电层,通过在PET薄膜上丝网印刷导电银浆制作为阵列式电极。实验表明,该传感器在压力范围为0~5 kPa,5~50 kPa和50~200 kPa时的灵敏度分别为0.498,0.026和0.008 kPa^(-1),最小检测压力可达35 Pa,在1000次重复压力实验中表现稳定,且具有快速的响应速度(约134 ms)。该传感器制备方法简单高效,制作成本低且便于大规模制备,同时该传感器在准确性、稳定性、灵活性等方面都有优秀的表现,可被应用于可穿戴电子设备和智能机器人等领域。

新型薄膜式压力传感器的参数设计

利用待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取冲击波反射超压峰值的新型测量方法已经得到初步实验验证,该方法具有无需标定、制作简单、成本低廉、测量精度高等优点。为优选薄膜式压力传感器的主要参数,并获取压力测量的不确定度,开展了数值模拟,分析了薄膜厚度、待测压力、拟合参数等因素对压力测量的影响。对薄膜的位移或速度信号进行了拟合处理,获得了冲击起始时刻薄膜的加速度,进而得到了待测压力峰值;将获得的压力与标准压力进行比对,得到了拟合时长、拟合多项式阶次、薄膜厚度等因素的优选值,并获得了薄膜式压力传感器的主要技术指标。另外,开展了激波管比对实验,验证了数值模拟的相关结论。

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。

微阵列结构柔性压力传感器研究进展

柔性压力传感器因形状易控、体积小、机械性能好等优点,成为柔性电子器件领域的研究热点之一。传统工作原理下,除先进功能材料外,微阵列结构的引入对进一步提升器件灵敏度、响应时间等综合性能具有重要意义。本文从材料选择、微阵列分布方式、构造方法及传感特性等方面对微阵列结构柔性压力传感器的研究进展进行了综述。首先,归纳了微阵列构造常用材料;其次,对比了基于不同分布方式的微阵列结构;随后,总结了微阵列结构的制备工艺;最后,重点讨论了几种常见微阵列柔性压力传感器的传感特性机理。未来应进一步从传感器力-电转换机制、多元环境下器件工作稳定性等方面进行深入探究,以期为开发超高性能柔性传感器件提供理论基础。

基于微结构导电薄膜的柔性压力传感器

针对柔性压力传感器中刚性导电材料和柔性基材之间结合界面较弱,易出现开裂和脱落的问题,通过将导电材料嵌入聚合物表面,实现了两者的稳定连接,并制备了具有微观结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性导电薄膜,然后通过面对面组装的方式完成了柔性压力传感器的制备。结果表明:表面嵌入导电材料的柔性薄膜性能稳定,在多次试验后,未出现裂纹或脱落的现象;与文献中报道的常规方法相比,具有工艺简单,结合界面稳定的优点。制备的柔性压力传感器在0~1 kPa范围内,具有高灵敏度(0.34 kPa^(-1))和快速响应(<200 ms),可准确检测到手指触摸时的微小压力。因此有望应用于柔性机器人触觉和人机交互界面等领域。

柔性PZT复合薄膜压力传感器的研究进展

随着柔性传感器技术在人工智能、电子皮肤等领域的应用,柔性PZT复合薄膜压力传感器因具有高柔性以及高压电性能深受研究者的青睐。柔性PZT传感器作为先进智能设备的重要组成部分,对未来机器人电子皮肤以及智慧医疗的进步有重大推动作用。将从柔性PZT复合薄膜压力传感器的工作原理与制备、研究现状及应用等方面进行综述,最后对传感器的现状进行了总结分析,并对传感器的未来发展进行展望。

柔性阵列式压力传感器的发展现状简介

文章在介绍柔性阵列式压力传感器工作原理的基础上,概述了其国内外发展现状。着重介绍了美国Tekscan公司开发的基于矩阵的传感器技术和应用实例,以及中科院合肥智能机械研究所有关柔性传感器的研究现状、产品的性能指标等。文章的工作旨在为层合结构预紧接触压力/间隙测量选择有效、可行的测量系统。

高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器的研究

针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析(FEA)对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0~40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/(kPa·V),非线性度达到0.108%F.S。在-40℃~125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.0047%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。

柔性压力传感阵列弯曲应变与温变联合补偿方法

围绕柔性压力传感器阵列在弯曲且温度变化的物体表面进行压力测量时会表现出复杂的压力特性,提出了基于深度相机与红外相机的传感器联合补偿装置,介绍了联合补偿装置获取各传感单元补偿参考量与计算真实压力值的方法。采用COMSOL软件对柔性压力传感器阵列进行仿真建模,搭建了各传感单元弯曲应变量各不相同的仿真场景,生成了弯曲应变与温变联合补偿模型的样本集。构建了基于BP神经网络的柔性压力传感器阵列弯曲应变与温变联合补偿模型,经计算验证,压力补偿值与真实值之间的相对误差百分比控制在0.4%以内,补偿效果明显,满足了各传感单元弯曲应变情况不同需要实现精准补偿的需求,对于柔性压力传感器阵列的实际应用具有借鉴作用。

应对不规则物体局部温变的柔性阵列压力传感系统

针对柔性压力传感器阵列在形状不规则又局部温变物体表面测量压力时传感量输出漂移的问题,提出了一种采用红外相机与深度相机的非接触式获取柔性压力传感器阵列温度信息与深度信息的补偿手段。采用拟合法建立不同压力下柔性压力传感器阵列传感单元弯曲应变特性与温敏特性的拟合函数,结果表明经弯曲应变、温度联合补偿后,柔性传感器阵列64个传感单元输出阻值的相对误差最大值从85.48%降低到9.23%,补偿后有59个传感单元相对误差小于0.5%,满足本系统精度要求。

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。

基于柔性薄膜阵列压力传感器的抱闸故障诊断

抱闸制动装置广泛应用于工业提升装置、民用曳引式电梯,针对抱闸制动器的运行状态监测和故障诊断,本文提出一种基于柔性薄膜阵列压力传感器的故障诊断方法,运用卷积神经网络(CNN)对传感器的数据进行处理达到故障诊断的目的。本文在LeNet5模型的基础上引入跨连接部分,将网络结构中提取的低层次特征与高层次特征相结合,经过全连接层达到多分类的目的。通过训练来自柔性薄膜阵列压力传感器的实验数据,该模型实现了4种基本抱闸故障和正常状态的自动识别。实验结果表明,改进的LeNet卷积神经网络模型在抱闸故障诊断上的检测正确率达到99.19%,该模型在同一训练数据集上的表现明显优于传统的LeNet5模型。

基于GNPs/PDMS复合薄膜的柔性压阻传感器制备及性能研究

目前柔性压力传感器已被用于众多领域,其中压阻薄膜是柔性压力传感器的核心。将石墨烯纳米片(GNPs)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合,通过倒模的方法制备压阻薄膜,经测试,GNPs浓度为8%时,材料具有较好的性能。以此为基础,制备了压敏结构间距为1.2 mm、直径大小为1.0 mm的GNPs/PDMS基压阻传感器,经测试,所制备传感器的加载响应时间为340 ms,卸载响应时间为260 ms,并具有较好的稳定性,同时,基于该压阻式柔性压力传感器实现了人体手腕关节处压力信号的测试。

新型接近式柔性电涡流阵列传感器系统

介绍了一种采用柔性印刷电路板工艺制作的新型接近式电涡流传感器阵列及其测试系统,以实现大面积曲面间微小间隙的实时监测。基于时分多路的扫描测试方法,对传感器阵列的设计方法、加工工艺及基底材料进行研究,设计了分叉式结构的线圈阵列及细长扁平引线电缆的柔性传感器探头。对传统的调频式振荡电路进行改进,解决线圈品质因数小的问题,提高了传感器系统的测试性能。试验结果表明,在2mm的量程范围内,传感器系统的测量精度优于±0.5％,适用于曲面间隙的在线监测。

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。

阵列式无线压力传感器系统设计与迟滞补偿研究

为提高传统硅压阻式压力传感器的测量精度,针对性地设计与实现了一种带有迟滞误差校正功能的阵列式无线压力传感器系统。该系统采用了硅压阻式传感器阵列和高精度模数转换器AD7794,以STM32微处理器作为数据采集和信号处理的核心部件,并通过无线蓝牙传输模块将测量数据发送至手机接收端,以手机APP显示测量结果有利于用户对压力实现无线监测。针对硅压阻压力传感器的迟滞非线性,基于最小二乘法与函数校正法对压力传感器阵列的输出信号进行了非线性和迟滞误差补偿,结果表明:迟滞误差从原来的±0.152%降为±0.077%,,有效地提高了系统的测量精度。

阵列式薄膜锰铜传感器的研究

采用薄膜工艺制备适合高压力测量的阵列式传感器,文中介绍了该传感器的制造工艺、工作原理。动态加载实验表明,传感器阵列的压阻一致性好,无高压旁路效应,响应时间低于30ns,验证了薄膜锰铜传感器高压测试的准确性和可靠性。

基于压电陶瓷的平面阵列式压力传感器研究

利用压电陶瓷技术,设计并制备整体式多阵列压力传感器,并用于爆炸冲击波压应力的测试。结果表明,阵列传感器可测试爆炸冲击波的压应力及其分布、体密度分布、面密度分布等参数,其静态电容分布偏差小于±1%,压电常数d33分布偏差小于±3.3%,动态响应频率约为2.3MHz,冲击破坏阈值为100MPa量级。

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。