基于EIT技术的柔性压敏传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于EIT技术的柔性压敏传感器，其特征是设置传感装置，是在面板上铺设导电复合材料，在导电复合材料的外围按设定位置分布电极，相互良好接触，与各电极电连接的信号引线贯穿设置在面板上的过孔；设置传感电路，是由交流恒流源提供电流信号，由电流注入模拟多路复用器和电势测量模拟多路复用器对电极进行选通，经电流注入模拟多路复用器选通的电极将电流信号注入导电复合材料，在由电势测量模拟多路复用器选通的电极上获取导电复合材料对应位置上对电极之间的电压检测信号；以电压检测信号作为传感器输出的检测信号。本发明专利技术用于获得导电复合材料的受力位置分布，进而通过软件成像的方式实现有关受力位置分布的重构图像。

【技术实现步骤摘要】
基于EIT技术的柔性压敏传感器
本专利技术涉及电阻抗断层成像及传感
，特别涉及一种基于EIT技术的柔性压敏传感器。
技术介绍
柔性压敏传感器具有优越的延展性和敏感性，在机器人产业，智能装备及工业自动化等领域发展迅速，其中阵列式传感器应用最为广泛。这类传感器主要由压电式、电容式或压阻式等多个微小传感单元嵌入柔性基体中组成，由于各种阵列式传感器需要大量的传感单元，单元阵列之间有复杂而微小的通信设备，制作工艺复杂、制造成本高；另外，基体内部大量布线降低了传感器的拉伸性与柔韧性，限制了其应用空间和功能。因此，针对阵列式传感器的一些缺陷，寻找一种新技术替代现有阵列式传感器的设计方法很有价值。二十世纪七十年代，随着医学成像技术的出现，人们开始将电阻抗断层成像技术应用到医学影像领域。近30多年来，电阻抗断层成像一直是国内外医学电磁成像领域研究的热点，许多国家的电阻抗研究小组先后设计并实现了应用于不同应用领域的系统。目前在地球物理探测、工业无损检查、探伤、诊断等方面都有着广泛的运用。随着对EIT技术的深入研究及阵列式传感器的不足之处，研究者开始将EIT(ElectricalImpedanceTomography)技术引入到传感器的设计之中。EIT技术又叫电阻抗断层成像技术，它是一种无损成像技术，其基本原理是通过向被测场域施加电激励(电流或电压)，检测场域表面的电响应(电压或电流)，再经过逆问题算法重构出被测场域内部的电导率分布情况。但是，基于EIT技术的柔性压敏传感器技术迄今未有相关的公开报导。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于EIT技术的柔性压敏传感器，利用无内部布线的“一体式”结构获取导电复合材料的受力位置分布，进而通过软件成像的方式实现有关受力位置分布的重构图像。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术基于EIT技术的柔性压敏传感器的结构特点是：设置传感装置，是在面板上铺设导电复合材料，在所述导电复合材料的外围按设定位置分布电极，且相互良好接触，对应于各电极的所在位置，在所述面板上设置过孔，与各电极电连接的信号引线贯穿过孔；设置传感电路，是由交流恒流源提供电流信号，由电流注入模拟多路复用器和电势测量模拟多路复用器对电极进行选通，经所述电流注入模拟多路复用器选通的电极将电流信号注入导电复合材料，在由所述电势测量模拟多路复用器选通的电极上获取导电复合材料对应位置上对电极之间的电压检测信号；以所述电压检测信号作为传感器输出的检测信号。本专利技术基于EIT技术的柔性压敏传感器的结构特点也在于：对于所述电压检测信号设置信号放大与滤波电路、A/D数据采集、串口通信以及微处理器；所述电压检测信号经信号放大与滤波电路的信号处理，再经A/D数据采集转换为数字信号传送至微处理器，在微处理器中通过处理获得导电复合材料的受力位置分布信息，通过串口通信进行信息传输的上位机用于实时显示所述导电复合材料的受力位置分布，实现图像重构。本专利技术基于EIT技术的柔性压敏传感器的结构特点也在于：所述导电复合材料是以硅橡胶为基体，添加在基体中的导电颗粒为多壁碳纳米管。本专利技术基于EIT技术的柔性压敏传感器的结构特点也在于：所述导电复合材料的厚度为1mm。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术导电复合材料，并为导电复合材料设置外围电极，实现了无内部布线的“一体式”结构，通过设置传感电路获取导电复合材料的受力位置分布，进而通过软件成像的方式实现有关受力位置分布的重构图像，相对传统的阵列式传感器来说，其传感单元为导电复合材料，传感单元内部无需布线，无需复杂的传感器件，可以制作成任意的尺寸和形状。2、本专利技术传感电路中设置交流恒流源，其输出的正弦电流精度高，带负载能力强，有效保证也本专利技术的工作稳定性和工作可靠性；3、本专利技术利用MATLBA软件编辑GUI界面对A/D采集数据进行实时处理，通过软件成像的方法实时检测导电复合材料受力位置信息，实现对外界物理量的实时传感。附图说明图1为本专利技术基于EIT技术的柔性压敏传感器结构示意图；图2为本专利技术中微处理器控制模拟多路复用器的选通电路原理图；图3为本专利技术中信号放大与滤波电路原理图；具体实施方式参见图1，本实施例中基于EIT技术的柔性压敏传感器的结构形式是：设置传感装置，是在面板3上铺设导电复合材料5，在导电复合材料5的外围按设定位置分布电极4，且相互良好接触，对应于各电极4的所在位置，在面板3上设置过孔7，与各电极4电连接的信号引线6贯穿过孔7；导电复合材料5是以硅橡胶为基体，添加在基体中的导电颗粒为多壁碳纳米管；导电复合材料5的厚度为1mm，平铺在亚克力板的面板3上，过孔7开设以导电复合材料的外围。设置传感电路，是由交流恒流源1提供稳定、多频、大小可调的正弦电流信号，由电流注入模拟多路复用器2和电势测量模拟多路复用器9对电极4进行选通，经电流注入模拟多路复用器2选通的电极4将电流信号注入导电复合材料5，在由电势测量模拟多路复用器9选通的电极4上获取导电复合材料5对应位置上对电极之间的电压检测信号；以电压检测信号作为传感器输出的检测信号，由电流注入模拟多路复用器选通的电极和由电势测量模拟多路复用器选通的电极是不同的电极。具体实施中，对于电压检测信号设置信号放大与滤波电路10、A/D数据采集11、串口通信12以及微处理器8；电压检测信号经信号放大与滤波电路10的信号处理，再经A/D数据采集11转换为数字信号传送至微处理器8，在微处理器8中通过处理获得导电复合材料5的受力位置分布信息，通过串口通信12进行信息传输的上位机13用于实时显示导电复合材料5的受力位置分布，实现图像重构。本实施例中交流恒流源1为单项恒流两芯输出，输出最大量程10mA，采用连续可调的电位器调节电流输出范围为1-10mA，频率为2kHz-20kHz，步进为100Hz；频率为2kHz的最大输出电流为10mA，频率越高则最大输出电流越低；当导电复合材料的阻抗变化较小时，输出的正弦电流精度在0.5％的范围之内，如果阻抗变化较大，输出的正弦电流精度在1-2％的范围内，对于导电复合材料5的阻抗变化范围要求是：1mA为0-16K欧姆；10mA为0-1.6K欧姆；导电复合材料5是以硅橡胶为基体，添加在基体中的导电颗粒为多壁碳纳米管，导电复合材料5的厚度为1mm。交流恒流源根据不同导电复合材料的阻抗大小对输出电流大小及频率进行调节，同时交流恒流源的输出端与电流注入模拟多路复用器的公共端相连接。采用STM32F103VET6微处理器，电流注入模拟多路复用器2和电势测量模拟多路复用器9是采用ADG1207；使用2K片(K＝123…)的模拟多路复用器ADG1207即可实现对不同电极数目及测量模式的需求，K片模拟多路复用器构成电流选通通道，K片模拟多路复用器构成电压测量通道，为了隔离微处理器电平转换时所产生的干扰，在微处理器STM32F103VET6和模拟多路复用器之间设置TLP521-4可控光耦合隔离器。图2所示，STM32F103VET6微控制器的I/O口与图2a和图2b中TLP光耦合隔离器管脚相连，进而控制电流注入模拟多路复用器2和电势测量模拟多路复用器9的选通，TLP的1、3、5管脚经串联的510Ω电阻连接到5V电源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EIT技术的柔性压敏传感器，其特征是：设置传感装置，是在面板(3)上铺设导电复合材料(5)，在所述导电复合材料(5)的外围按设定位置分布电极(4)，且相互良好接触，对应于各电极(4)的所在位置，在所述面板(3)上设置过孔(7)，与各电极(4)电连接的信号引线(6)贯穿过孔(7)；设置传感电路，是由交流恒流源(1)提供电流信号，由电流注入模拟多路复用器(2)和电势测量模拟多路复用器(9)对电极(4)进行选通，经所述电流注入模拟多路复用器(2)选通的电极(4)将电流信号注入导电复合材料(5)，在由所述电势测量模拟多路复用器(9)选通的电极(4)上获取导电复合材料(5)对应位置上对电极之间的电压检测信号；以所述电压检测信号作为传感器输出的检测信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于EIT技术的柔性压敏传感器，其特征是：设置传感装置，是在面板(3)上铺设导电复合材料(5)，在所述导电复合材料(5)的外围按设定位置分布电极(4)，且相互良好接触，对应于各电极(4)的所在位置，在所述面板(3)上设置过孔(7)，与各电极(4)电连接的信号引线(6)贯穿过孔(7)；设置传感电路，是由交流恒流源(1)提供电流信号，由电流注入模拟多路复用器(2)和电势测量模拟多路复用器(9)对电极(4)进行选通，经所述电流注入模拟多路复用器(2)选通的电极(4)将电流信号注入导电复合材料(5)，在由所述电势测量模拟多路复用器(9)选通的电极(4)上获取导电复合材料(5)对应位置上对电极之间的电压检测信号；以所述电压检测信号作为传感器输出的检测信号。2.根据权利要求1所述的基于E...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓杰，刘坤选，牟文俊，董帅，马刚，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34