一种柔性压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性压力传感器，包括敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，电连接的顺序依次是敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，信号处理模块连接交互界面显示模块，还包括电源模块，为敏感单元模块，信号放大模块，采样/保持模块，信号处理模块，输出模块及交互界面显示模块供电，敏感单元模块采用GPs/CBs/SR柔性导电硅橡胶为敏感单元。

A flexible pressure sensor

The utility model discloses a flexible pressure sensor, including sensitive unit module, signal amplification module, sample / hold module, signal processing module and output module are electrically connected in sequence sensitive unit module, signal amplification module, sample / hold module, signal processing module and output module, signal processing module is connected with the interaction the interface module, including power module, sensitive unit module, signal amplification module, sample / hold module, signal processing module, output module and interface module of power supply, sensitive unit module using GPs/CBs/SR flexible conductive silicone rubber as a sensitive element.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压力传感器
本技术属于机器人技术设备
，特别涉及一种柔性压力传感器。
技术介绍
随着机器人技术和穿戴设备的飞速发展，传感器的应用领域也进一步扩大。应用于机械手的压力传感器需具备柔性好，灵敏度高等特点，而传统的用于机械手的压力传感器通常采用金属或无机半导体材料，体积大，安装条件苛刻。传统压力传感器体积大，且不具备柔性特点，不能布置于弯曲物体表面，安装条件有一定的局限。即使是传统柔性碳系敏感压阻材料以单组份碳系材料为导电填料，例如单独以CBs为导电填料，形成的导电网络不稳定且灵敏度低；单独以石墨烯GPs为导电填料，容易分散不均匀，导致敏感单元线性度变差。柔性压力传感器初始电阻小，信号变化相对较小，易受到噪声干扰，且恢复速度慢，测量压力有一定的范围，压力过大时敏感单元不能恢复到初始电阻。近几年来，随着材料科学的发展，柔性压力传感器得到广泛关注。石墨烯(GPs)作为一种新型敏感材料，具有独特的二维平面结构，其导电率高、柔韧性好且比表面积大。炭黑(CBs)为零维的导电碳系材料，具有易分散的特点。以GPs/CBs并用混合填充于硅橡胶(SR)内部制备而成的导电橡胶具有柔性好，压力灵敏度高，响应速度快的特点。利用GPs、CBs两种材料为导电填料填充SR制成的柔性导电橡胶(GPs/CBs/SR)作为压力敏感单元，可以较好地实现机械手抓取物体的功能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种柔性压力传感器。本技术的技术方案是，一种柔性压力传感器，包括敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，电连接的顺序依次是敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，信号处理模块连接交互界面显示模块，还包括电源模块，为敏感单元模块，信号放大模块，采样/保持模块，信号处理模块，输出模块及交互界面显示模块供电，其中，敏感单元模块采用GPs/CBs/SR柔性导电硅橡胶为敏感单元。所述电源模块的输入为直流10～30V，输出为5V和3.3V，所述信号处理模块包括用以抵消敏感单元初始阻值的电路，所述采样/保持模块包括干扰抑制电路，交互界面显示模块由数码管和LED条组成，输出模块包括至少两个三极管实现通断控制。电源模块电路包括REF3130AIDBZT，信号放大模块电路包括dsPIC33FJ64MC506A-I/PT，采样/保持模块电路包括MC74VHC1GT66DFT1GM。本技术采用柔性敏感单元以便于安装。实际应用中，传感器的安装环境往往较为苛刻。如机械手手指表面弯曲，且布置于机械手上的传感器体积要小，便于检测。采用柔性导电橡胶作为压力敏感单元，可解决传感器安装问题。敏感单元受压过大时初始电阻会发生改变，可以通过设置重新调整传感器以减小误差。具有一个良好的人机交互界面，让用户能直观的看出传感器工作的状态。附图说明图1是本技术的原理图。图2是本技术实施例中电源模块电路图。图3是技术实施例中信号放大模块电路图。图4是技术实施例中采样/保持模块电路图。图5是技术实施例中交互界面显示模块电路图。图6是技术实施例中输出模块电路图。具体实施方式如图1所示，本传感器主要是由电源模块，敏感单元模块，信号放大模块，采样/保持模块，信号处理模块，输出模块及交互界面等组成。采用GPs/CBs/SR柔性导电硅橡胶为敏感单元，可布置于弯曲表面，感应小量程压力(0～50N)。敏感单元受压后，其电阻发生改变，采集到的信号经放大处理并送给主控模块。主控模块根据所接受到的信号转换值和原设定阈值进行比较，控制输出模块。同时将所接受到的信号转换值进行处理后通过数码管和LED显示条显示出来。敏感单元由于采用GPs/CBs/SR作为压力敏感单元制备于柔性电极上，其具有体积小，响应速度快，全柔性的特点。石墨烯独特的二维平面结构，相较其他碳系材料(零维的炭黑和一维的碳纳米管、碳纤维等)，可以构造更稳定的导电网络，且石墨烯具有非常高的导电性，以石墨烯为填料可以提高整体材料的导电性和灵敏度。而石墨烯炭黑并用则可以提高填料的分散性，并且炭黑进入到石墨烯片层之间，有助于石墨烯层与层之间的电子传输，起到了导电桥梁的作用，提高了整体材料的导电性和稳定性，同时还降低了渗流阈值，减小成本。本技术采用适当GPs/CBs质量比和总体填料质量分数制备而成的导电硅橡胶作为压力敏感单元。当敏感单元收到压力后产生压阻效应，即内部导电网络因橡胶形变而改变，进而导致材料的电阻随压力而变化。如图2所示的电源模块，外部10～30V直流电压通过IC1和周围的器件转换为5V和3.3V，供整个电路工作使用。通过D1实现反接保护，通过D3实现浪涌保护。如图3所示的信号放大模块。敏感单元相当于是一个可变电阻(如图3中R43)。由单片机产生脉冲信号驱动Q3，根据R43的电阻大小而采集相应电压脉冲，经射随器IC5B后在通过D6降压和R44放电，以减弱敏感单元初始电阻的影响，保留电阻变化部分，再经IC5A放大处理并耦合，完成敏感单元的信号放大功能。如图4所示的采样/保持模块。放大信号和MCU的17脚之间通过R38和C41实现积分功能和峰值保持功能。放大信号又连接到模拟开关IC9的2脚，单片机控制11脚输出，经三极管Q1后电平转换，通过IC9的4脚控制IC9是否导通，从而抑制了干扰信号的进入。如图5所示的交互界面显示模块，通过动态扫描的方式实现数码管的显示和LED条显示信号强弱。同时还通过指示灯显示输出状态。LED条的显示是根据设定值和单片机接收到的信号的比例关系决定的。当二者相等时，LED条亮一半，当信号值小于设定值的15％时，全部熄灭，大于其15％时全部点亮。当敏感单元初始电阻发生改变后，可以重新调整设定值以减小误差。数码管和LED条显示提供了良好的人机交换界面。如图6所示的输出模块，通过MCU控制Q6和Q7来实现通断控制的。在Q7的集电极和VCC之间通过电阻R47来检测输出电流，当输出电流过大时，经过R45控制Q8和Q10，使MCU的33脚为低电平，MCU检测到后进行处理，关断输出。在R45和Q8的连接点和VCC之间连接有一个电容C43用于抑制干扰信号。通过D4实现浪涌保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性压力传感器，其特征在于，包括敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，电连接的顺序依次是敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，信号处理模块连接交互界面显示模块，还包括电源模块，为敏感单元模块，信号放大模块，采样/保持模块，信号处理模块，输出模块及交互界面显示模块供电，其中，敏感单元模块采用GPs/CBs/SR柔性导电硅橡胶为敏感单元。

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感器，其特征在于，包括敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，电连接的顺序依次是敏感单元模块、信号放大模块、采样/保持模块、信号处理模块和输出模块，信号处理模块连接交互界面显示模块，还包括电源模块，为敏感单元模块，信号放大模块，采样/保持模块，信号处理模块，输出模块及交互界面显示模块供电，其中，敏感单元模块采用GPs/CBs/SR柔性导电硅橡胶为敏感单元。2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：许用疆，
申请(专利权)人：上海兰宝传感科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31