电容式触觉传感器制造技术

本实用新型专利技术属于传感器技术领域，具体为电容式触觉传感器。包括单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力；其中，触觉传感器单元由两个电容元件和一层分割层组成；采集单元包括信号发生器、前置放大器、预屏蔽信号的过滤器、最终放大器、电压电平转换器；信号发生器包括一个振荡器模块；单细胞电容式触觉传感器输出进入前置放大器；输入参考信号由信号发生器中振荡器模块传送，然后通过转换器直接进行信号转换；通过序列滤波后的信号通过最终放大器放大，获得更稳定的适当幅度水平；最后信号由电压电平转换器转换和控制后输出。本实用新型专利技术能够广泛用于在人体活动监测领域中。

Capacitive tactile sensor

【技术实现步骤摘要】
电容式触觉传感器
本技术属于传感器
，具体涉及电容式触觉传感器。
技术介绍
现有市场和科研领域有很多不同的压力检测方法，例如，通过电阻变化测量压力值，如应变仪和FSR，压电效应，电容式压力传感器。它们的主要问题是没有压力系统作为一个整体系统的所有优点。应变片传感器是非常精确的，但通常容易损坏、价格昂贵，很难或不可能在实验室开发。FSR是一个便宜而且相对准确的传感器，但是它不是线性的，在一段时间的压力下，值会发生变化，此外，它没有很好的耐久性，不适合长期使用。通过压电效应工作的PVDF或传感器也非常精确，但不能测量恒压;而且价格昂贵，不可能在实验室里制造或改变传感器的结构。如前所述，市场上或研究实验室中存在的传感器在精度、耐用性、价格以及在易于使用和开发等方面并不具备所有的优势。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种测量压力范围大、测量精度高、成本低的电容式触觉传感器。本技术提供的电容式触觉传感器，是通过电容效应直接测量物理压力的装置，可在实验室，医院和研究中心等，用于评估人类活动。而且，还可以设计基于本技术的新诊断集成系统。本技术提供的电容式触觉传感器，包括：两个基本单元：单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力。其中，所述触觉传感器单元的结构参见图1所示，由两个电容元件和一层分割层组成；第一电容元件1由第一保护层2、第一导电层3、第一弹性去电材料层4和第二导电层5由上至下安装组成，作为惠斯通电桥图7支腿之一；第二电容元件11由第三导电层7、第二弹性去电材料层8、第四导电层9、第二保护层10由上至下安装组成，作为惠斯通电桥另一支腿；两个电容元件中间由分隔层6结合。其中，4个导电层采用由金属或碳制成，作为电容板；2个保护层采用非导电材料，用于保护传感器；2个弹性去电材料层的材料为弹性介电材料，作为传感器中的压力阻滞剂；分隔层6采用非导电材料，用于分隔两个电容元件。所述采集单元结构参见图5所示，包括信号发生器27、前置放大器28、预屏蔽信号的过滤器29包括低通滤波器29-a，高通滤波器29-b、最终放大器30、电压电平转换器31；单细胞电容式触觉传感器26输出进入前置放大器28，以增加幅度并获得更稳定的信号，并且如相关图中所提到的，通过前置放大器28可以预放大幅度；因为本技术系统是基于传感器板的电容效应来测量压力，所以输入参考信号必须是由信号发生器中振荡器块传送，振荡的幅度和频率将通过信号发生器27中振荡器块的幅度控制和频率控制功能来改变。然后通过转换器直接进行信号转换；低通滤波器29-a专用于消除高频因子，高通滤波器29-b专用于消除输出信号的偏移偏置。通过序列滤波后的信号通过最终放大器30放大，获得更稳定的适当幅度水平；最后，信号电压转换器31将控制输出信号，避免信号的不稳定和失去控制。本技术中，所述电容器单元在X、Y、Z轴面上的图形化结构（三维结构外形图示）如图2所示。其中，传感器电极12-b包括四个单独的电极，其中两个中间电极彼此非常接近，并通过薄层分离。本技术中，如通常传感器类似，每个触觉传感器单元具有一个外板和一个内板，外板用于输入信号，并且彼此靠近的内板用于输出信号。本技术中，触觉传感器的电容值将根据压力和板的运动而改变。本技术中，压力抗性遵循在所述腭之间的介电材料的刚度。本技术中，所述电容单元布置为惠斯通电桥。在这个电桥中，每个电容器单元在电桥的另一个支路上彼此相对安装，并与恒定电阻串联。这意味着，如果电容器沿相同方向（正或负）变化，则输出将根据电容器值进行更改。本技术中，所述触觉传感器可以制成传感器阵列，用以绘制压力表面的分布图。本技术的电容式触觉传感器，通过按触觉压传感器部件表面的电容板，电容板板将彼此移动；采集单元可以检测电容板板的移动并在获取移动件上产生的电压变化；采集单元中模数转换器将其转化成数值后，计算机将这些数值显示为图形。技术效果：如今，对人体的监测正成为人们日常生活中的一个难以解决的问题。在日常活动中有太多用于识别人体活动的系统，他们使用许多不同类型的传感器，其中最受欢迎的是压力传感器。事实上，可以提取大多数身体状况活动，如散步，睡觉，座位等。但是，在许多系统中，由于如下一些问题而不被使用：准确性、价格、敏感度等不复合要求。本技术设计的电容式触觉传感器，由于其自身的结构特点，可以在大多数情况下以最高的效率、最低的成本来使用。事实上，我们可以找到很多类型的电容式传感器，但是压力传感器容易受到环境物体的影响，尤其是人体产生的的信号，这对一个监测系统是不好的。本技术能够在人体活动监测领域中广泛使用，原因如下所述：1-因为系统的结构易于制作和使用；2-与其他具有相同精度和稳定性的压力传感器相比，系统成本非常低；3-通过系统中的微小变化，它可以用作单细胞传感器或阵列传感器；4-该系统对压力非常敏感，即使在温度，噪音等不稳定区域也能提供稳定的输出；5-它可以在很大的压力范围内测量取决于我们在传感器结构中使用的材料；6-通过使用这种传感器，我们对制造新传感器的尺寸或材料类型没有任何限制，因此它可以测量压力值的大范围；7-系统能够同时进行模拟和数字输出，因此可以将人们想要的所有内容（如放大和滤波）应用于模拟或/和数字信号。附图说明图1：是单细胞电容触觉传感器单元结构图示。图2：在三轴上显示单细胞电容传感器的图形表示。图3：多阵列电容式触觉传感器的图示。图4：是感器阵列的爆炸视图。图5：是单细胞电容式触觉传感器的功能框图。图6：是多阵列电容式触觉传感器的功能框图。图7：是触觉电容传感器惠斯通电桥的示意图。图中标号：1是第一电容元件（容性传感器的电容器和惠斯通电桥的一个桥臂），2是第一保护层，3是第二导电层，4是第一弹性去电材料层，5是第二导电层，6是分隔层，7是第三导电层，8是第二弹性去电材料层，9是第四导电层，10是第二保护层，11是第二电容元件（容性传感器的电容器是惠斯通电桥的另一个桥臂）；12是电容器的三维外形结构图，12-a.是电容器的外形图，12-b是单细胞电容式传感器电极，12-c是单个细胞电容式传感器在Y轴面上的视图，12-d是单细胞电容传感器在X轴表面的视图；16是二维传感器阵列，17.是触觉传感器阵列在X、Y、Z轴面的三维图形，18.是阵列传感器中间电极；19是触觉传感器阵列的顶层,20是触觉传感器阵列的底部层，21是触觉传感器阵列外板层,22是触觉传感器阵列内板层；23是分隔层，24是弹性脱电层,25保护层；26是单细胞电容式触觉传感器，27是信号发生器，28是前置放大器的框图，29是预屏蔽信号的过滤器，其中，29-a是低通滤波器，29-b高通滤波器，30是最终放大器的框图，31本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式触觉传感器，其特征在于，包括两个基本单元：单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力；/n其中，所述触觉传感器单元，由两个电容元件和一层分割层组成；第一电容元件（1）由第一保护层（2）、第一导电层（3）、第一弹性去电材料层（4）和第二导电层（5）由上至下安装组成，作为惠斯通电桥支腿之一；第二电容元件（11）由第三导电层（7）、第二弹性去电材料层（8）、第四导电层（9）、第二保护层（10）由上至下安装组成，作为惠斯通电桥另一支腿；两个电容元件中间由分隔层（6）结合；/n其中，4个导电层采用由金属或碳制成，作为电容板；2个保护层采用非导电材料，用于保护传感器；2个弹性去电材料层的材料为弹性介电材料，作为传感器中的压力阻滞剂；分隔层（6）采用非导电材料，用于分隔两个电容元件；/n所述采集单元包括信号发生器（27）、前置放大器（28）、预屏蔽信号的过滤器（29）、最终放大器（30）、电压电平转换器（31）；过滤器（29）包括低通滤波器（29-a）、高通滤波器（29-b）；信号发生器（27）包括一个振荡器模块；单细胞电容式触觉传感器（26）输出进入前置放大器（28），以增加幅度并获得更稳定的信号；输入参考信号由信号发生器中振荡器模块传送，振荡的幅度和频率通过振荡器模块的幅度控制和频率控制功能来改变；然后通过转换器直接进行信号转换；低通滤波器（29-a）用于消除高频因子，高通滤波器（29-b）用于消除输出信号的偏移偏置；通过序列滤波后的信号通过最终放大器（30）放大，获得更稳定的适当幅度水平；最后，信号由电压电平转换器（31）转换和控制后输出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电容式触觉传感器，其特征在于，包括两个基本单元：单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力；
其中，所述触觉传感器单元，由两个电容元件和一层分割层组成；第一电容元件（1）由第一保护层（2）、第一导电层（3）、第一弹性去电材料层（4）和第二导电层（5）由上至下安装组成，作为惠斯通电桥支腿之一；第二电容元件（11）由第三导电层（7）、第二弹性去电材料层（8）、第四导电层（9）、第二保护层（10）由上至下安装组成，作为惠斯通电桥另一支腿；两个电容元件中间由分隔层（6）结合；
其中，4个导电层采用由金属或碳制成，作为电容板；2个保护层采用非导电材料，用于保护传感器；2个弹性去电材料层的材料为弹性介电材料，作为传感器中的压力阻滞剂；分隔层（6）采用非导电材料，用于分隔两个电容元件；
所述采集单元包括信号发生器（27）、前置放大器（28）、预屏蔽信号的过滤器（29）、最终放大器（30）、电压电平转换器（31）；过滤器（29）包括低通滤波器（29-...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛德，陈炜，陈泓瑜，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：上海;31