柔性棉织物压力传感器的制备及性能研究

为了探究柔性传感器在使用时的灵敏度和可靠性,选用液态金属镓铟合金作为导电敏感材料,利用丝网印刷工艺在棉织物上印刷液态金属叉指电极,并将其作为底电极;采用超声法制作液态金属锦纶电极,并将其作为压阻层。将压阻层与底电极上下组装成压阻式柔性棉织物压力传感器,并测试其相关性能。结果表明:当施加不同的外力时,柔性压力传感器的电阻随着外力的增加而线性减小;在0 kPa~2 kPa的压力测试范围内,传感器的灵敏度可达到0.397 kPa^(-1);传感器的加载响应时间为0.135 s,卸载响应时间为0.140 s,对外力的变化具有较好的响应性能和稳定性;制备的柔性棉织物压力传感器在人体手腕弯曲检测中,电阻变化率的循环曲线保持一致,传感器在相同角度的反复弯曲运动中提供了稳定的输出。

基于液态金属磁流变弹性体的柔性触觉传感器

柔性触觉传感器是可穿戴设备和机器触觉系统的重要组成部分,通过向磁流变弹性体(MRE)填充液态金属EGaIn,制备了一种压阻材料液态金属填充磁流变弹性体(LMMRE),并利用此材料设计了一种柔性触觉传感器。本文介绍了针对传感器电极层进行的电极工艺探索,提出了一种一体固化式电极工艺。研究表明,基于一体固化式电极工艺的触觉传感器制备工艺简单,成本低且具备较高的灵敏性和较小的迟滞误差。由于填充底料EGaIn的熔点为15.5℃,低温下EGaIn刚度的改变会影响压阻特性,本文探究了温度变化对传感器性能的影响,为传感器结构化和温度补偿设计提供实验数据。

柔性织物压力传感器的制备及其性能研究

为改善基于织物的柔性可穿戴压力传感器在使用时的灵敏度、可靠性和可持续性,采用直写工艺设计和制作纳米银线叉指电极,并将其作为底电极;采用浸泡工艺制作纳米银线导电织物,将其作为压阻层。将两者组装成为压阻式柔性织物压力传感器,并测试相关性能。结果表明:施加不同的压力,压力传感织物的电流都是随着施加电压的增加而线性增加;压力传感织物具有较好的传感稳定性和重现性,对外力具有较好的响应性能和较高的灵敏度;柔性织物压力传感器在0.1 V的低电压下实现了出色的开关比,5 g砝码压力下快速响应性能较好。认为:制备的柔性压力传感器在可穿戴控制器和运动检测中具有潜在应用价值。

高灵敏度电容式柔性压力传感器的设计与优化

设计了基于微结构化电极与复合介电层的柔性压力传感器。传感器以碳纳米管(CNTs)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为电极层材料,采用工艺简单且成本低的旋涂技术将砂纸作为模板并引入CNTs制备结构化电极,同时引入CNTs对介电层进行掺杂。分析了结构化电极与介电层掺杂不同质量分数CNTs对传感器灵敏度的影响。通过2步优化使得传感器在具有60目砂纸构建的微结构电极,且CNTs掺杂质量分数为复合介电层的2.5%时,具有更高的灵敏度(0.602 kPa^(-1)),快速响应(100 ms)以及良好的循环稳定性(240次)。

大量程高韧导电硅橡胶复合材料压力传感器的研制

基于纳米导电橡胶的压阻效应,使用基体材料硅橡胶、纳米超导电用炭黑、真丝纤维织物、叉指电极、缓冲高分子材料及封装模具,采用密炼、开炼、固化、封装等工艺制备了导电硅橡胶复合材料压力传感器,通过优化导电填料在硅橡胶基体中的含量制得了具有最佳压阻特性的导电硅橡胶复合材料,最后探究了封装压力传感器在桥梁支座模型上的应用性能。结果表明,当纳米超导电用炭黑BeaBlack CT-5质量分数为6.11%时,导电硅橡胶复合材料达到渗透阈值点,其压阻特性最佳;将真丝纤维织物植入导电硅橡胶所得的导电传感复合材料再与柔性叉指状单层电极进行结合并封装处理,可制备量程增大、探测灵敏、韧性增强的压力传感器;该压力传感器压力信号与电信号具有良好的线性关系,可以实现0~40 MPa范围内的压力探测;此外该压力传感器在桥梁支座模型测试中的测试值与理论值高度吻合。

电容式织物基压力传感器制备及人机交互应用

针对传统平行板电容器灵敏度不高、检测范围较小的问题,提出一种以离子水凝胶为中间介电层,导电针织物为电极的超级电容式织物基压力传感器。介绍了织物电极凝胶传感器制备过程,并对制备的传感器结构形貌和力学传感性能进行表征,列举了该传感器在人机交互中的应用实例。结果表明:织物电极水凝胶传感器的灵敏度高达0.22 kPa^(-1),检测范围达到270 kPa;响应时间为190 ms,能够快速响应;在低压100 kPa和高压200 kPa下能够检测10 kPa和5 kPa的小压力,具有响应稳定性;在超过2000次的循环测试中表现出较好的循环耐久性。该传感器可以应用在信号输入、游戏控制、触控键盘等人机交互领域。

基于柔性电极结构的薄膜电容微压力传感器

基于柔性电极结构,本文设计、制作了薄膜电容微压力传感器,在阐述传感器工作原理的基础上,提出了两种设计思路,即基于柔性纳米薄膜的电容式微压力传感器和具有微结构的柔性电极薄膜电容式微压力传感器,并结合传感器的结构和柔性材料的加工特性,进一步提出了相应的力敏特性材料结构优化思路和加工流程,利用该流程得到了一种结构轻薄、工艺简单、高灵敏度的微压力传感器。经测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到218 f F/mm Hg,在智能穿戴和可植入压力检测等领域显示出较好的应用前景。

基于赝电容的高线性度柔性压力传感器研究

基于可逆氧化还原反应的赝电容式柔性压力传感器具备高灵敏性能,可用于微弱压力检测,然而,目前赝电容式柔性压力传感器线性度较差,只能在有限压力区间内保持较高灵敏度。为此,本文利用MXene材料作为电极,设计了一种内部具有孔隙且表面粗糙的双尺度随机微结构离子凝胶膜,增加了其压缩过程中的缓冲空间,使凝胶膜应力变形更加均匀,确保了灵敏度在受压过程中保持稳定。实验数据表明,传感器在0~1 MPa范围内具有超高的线性度(相关系数~0.994),优异的灵敏度(~2133.7 kPa^(-1))、快速的响应和恢复时间(分别为~15和~23 ms),较低的检测限(~2.5 Pa)和优异的机械稳定性。将传感器用于水下,可高线性检测水深,同时传感器可以高灵敏检测到不同水深下螺旋桨扰动产生的微弱水流变化。

扩散硅压力传感器在水力模型实验装置液位测控中的应用

基于扩散硅压力传感器良好线性标准输出,结合方便的校验、标定方法,通过接口电路,将扩散硅压力传感器作为压力测量元件,应用于水力模型实验装置过程控制系统.该设计不仅使测量精度得到提高,克服了量程迁移误差,而且由于它采用标准输出,易于实现多点集成化、数字化网络测量与控制.

一种基于半导体压力传感器的液位测量方法

先从理论上分析了半导体压力传感器的液位测量方法,导出差压与液位高度之间的数学表达式并给出了仿真曲线.介绍了测量系统中压力传感器的选型、信号调理电路的设计以及应用中的注意事项.

压力传感器在加药装置液位控制中的应用

采用压力传感器和单片机89C2051构成加药装置的液位检测系统,阐述了加药装置液位检测的工作原理,以及药罐内液位自动检测及自动控制电路的硬件、软件设计与实现方法。给出此装置的测试部分试验结果,并对主要技术关键及解决措施进行了讨论。

基于压力传感器的智能液位监测装置

介绍了一种基于压力传感器的智能液位监测器,该监测器利用电阻应变片应变效应,通过全桥结构的电阻应变片测出液体的压力,将其转化为0~5 V的模拟电压,并通过ADC0832将模拟电压转换成数字量送入单片机处理,显示出液位高度或进行报警.实验结果可知,该监控器能完成0~1 m高度的液位监测,误差小于0.2 cm,并能实现报警功能.

银纳米线电极微结构对柔性压力传感器灵敏度的影响

新型柔性压力传感器具有类似人体皮肤的可拉伸性以及对外力的感知特性,可被用于仿生电子皮肤及各种可穿戴电子设备,近年来引起了学术界和产业界的广泛关注。开发具有优异的传感灵敏度且制作工艺简单、节能、成本低廉的柔性压力传感器具有重要的科学与实际意义。本文以银纳米线(AgNWs)为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底,分别采用PDMS相纸原位固化和抽滤转移固化2种方式制备银纳米线/PDMS复合电极,以聚酰亚胺薄膜(PI)为介电层,将两电极面对面层压封装,得到电容式柔性压力传感器。利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜比较了2种制作工艺得到的电极微结构,并研究了上述电极微结构结构对传感器灵敏度的影响。研究结果表明,电极表面银纳米线的蓬松程度及粗糙度能显著影响器件灵敏度。电极表面银纳米线处于较密实状态、粗糙度为0.4μm的传感器灵敏度约为0.43kPa-1;当电极表面银纳米线较为蓬松且粗糙度增大为0.7μm时,传感器灵敏度增大到0.65kPa-1。本文制作的柔性压力传感器具有高灵敏度、低成本的特点,可用于诸如脉搏、心率,发声震动,细微压力变化监控等方面。

声表面横波压力传感器的电极质量负载效应分析方法

针对声表面横波（Surface Transverse Wave,STW）压力传感器,提出了一种考虑叉指电极质量负载的有限元和微扰理论结合分析方法。首先构建包含叉指电极的有限元模型,通过计算电极表面的面电荷得到器件的等效输入导纳,由导纳谐振点处提取STW传播声场,然后根据微扰理论,由STW传播声场以及压力引起的传感器结构的应力应变,得到包含电极质量负载影响的STW传感器的灵敏度。以一种基于ST-90°X石英材料的点压式STW压力传感器为例进行了理论计算,电极厚度为0.17 μm和0.21 μm时,计算灵敏度分别为-54.9 kHz/bar和-21.7 kHz/bar,说明电极质量负载对于传感器有较大影响。制作电极厚度为0.17 μm的传感器进行测试,得到-57 kHz/bar的压力灵敏度,实验结果和理论结果吻合,证明计算方法的有效性。

基于双层微结构电极的柔性电容式压力传感器

为了研究电容式传感器电极表面有微结构对自身灵敏度的影响,设计了一种基于双层微结构电极的电容式压力传感器,其以表面溅射有导电金属的带有金字塔微结构的PDMS薄膜作为上下层电极。该方法设计的传感器能够明显地提高传感器的性能,灵敏度可达0.34 kPa-1,是无微结构电极传感器灵敏度的17倍,具有低的检测极限(最低为20 Pa)、较快的响应时间(200 ms)和可靠的重复性。实验表明,该传感器能够实时快速地的检测外部压力的变化。

基于压力传感器的高精度液位测量及控制器设计

利用高精度压力传感器、高精度放大器集成电路、单片机及附属键盘显示电路等,设计液位测量及控制系统,使液位测量和控制达到毫米级。所设计系统具智能化液位显示和控制功能,有4位数码显示、液位设定按键、标定按键,所测定的数据在不掉电存储器EEPROM中保存。

MPX系列硅压力传感器讲座(五)——利用MPX系列硅压力传感器进行精密液位控制

本文介绍利用美国摩托罗拉MPX系列硅压力传感器进行精密液位控制的原理及液位控制系统的结构和调节方法。

平面电容传感器液位检测系统设计

为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量,采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法,对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析,研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响,并对传感器结构参量进行了优化,基于平面电容传感器,设计了非接触式低液位检测系统,通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证,取得了0mm~100mm范围的液位测量数据。结果表明,该检测系统工作稳定,具有线性输出,重复性误差约为±0.28%,数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。

一种基于PIC16C63的高精度智能液位传感器

介绍了一种高精度的智能液位传感器 ,其工作原理为 :在超声探头 (型号为 5 P1 4 )上施加一负电压脉冲信号 ,探头发出脉冲超声波 ,当遇到不同介质界面的时候超声波被反射 ,回波信号被超声探头接收 ,转换成脉冲电压信号 .利用 PIC1 6 C6 3单片机的捕捉功能来计算超声波回波与发射波之间的时间 ,进而计算出超声波在液体中传播的距离 ,实现对液位的精确测量。该传感器测量精度高 。

无引线封装高温压力传感器

研究的压力敏感芯片利用单晶硅的压阻效应原理制成；采用绝缘层上硅（S01）材料取消了敏感电阻之间的pn结，有效减小了漏电，提高了传感器的稳定性；用多层复合电极替代传统的铝电极，并应用高掺杂点电极技术，提高了传感器使用温度。封装时，将硅敏感芯片的正面与硼硅玻璃进行对准气密静电键合；在硼硅玻璃的相应位置加工引线孔，将芯片电极和管壳管脚用烧结的方法实现电连接，形成无引线封装结构。采用无油封装方法，避免了含油封装中硅油耐温能力差的问题。对高温压力敏感芯体结构进行了热应力分析，并对无引线封装方法进行了研究。对研制的无引线封装高温压力传感器进行了性能测试。测试结果与设计相符，其中传感器的测量范围为0—0．7MPa，非线性优于0．2％FS，工作温度上限可达450cC。