用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器。包括：底座、悬臂梁、应变片、电容下极板、电容上极板和超弹性材料制成的柔性冠；柔性冠，扣设于底座上，外侧上表面固定有被测材料，内部上壁中开设有与空腔相连通的测量槽，测量槽包括相连通的第一腔体与第二腔体；悬臂梁，位于柔性冠内，底端固定于底座上，顶端插入第一腔体；电容下极板，设置在悬臂梁的顶端；电容上极板，设置在第二腔体的顶壁上，与电容下极板相对，且在摩擦力方向上，电容下极板的尺寸大于电容上极板的尺寸；应变片，设置在悬臂梁的两侧面靠近底座的位置。本发明专利技术能够实现摩擦力与正压力之间的解耦，进而实现对摩擦力和正压力的精确测量。

A flexible sensor for measuring the pressure and friction between two-dimensional force or fluid and solid

【技术实现步骤摘要】
用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器
本专利技术涉及柔性传感器
，特别是涉及一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器。
技术介绍
随着力学量柔性传感器的发展，其形式种类越来越多，但现有技术中可测量二维力且二者之间无耦合的传感器相对较少。摩擦力作为关键力学量的一种，其测量一直是一个难点，尤其是测量流体与固体之间的摩擦力时，一定要解决正压力和摩擦力对传感器输出的耦合作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器，能够测量得到无耦合的摩擦力与正压力。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器，包括：底座、悬臂梁、应变片、电容上极板、电容下极板和超弹性材料制成的柔性冠；所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，外侧上表面固定有被测材料，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的测量槽，所述测量槽包括相连通的第一腔体与第二腔体，所述第二腔体位于所述第一腔体的上方；所述悬臂梁，位于所述空腔内，底端固定于所述底座上，顶端插入所述第一腔体；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述第一腔体的部分的尺寸与所述第一腔体的尺寸相匹配；所述电容下极板，设置在所述悬臂梁的顶端；所述电容上极板，设置在所述第二腔体的顶壁上，与所述电容下极板相对，且与所述电容下极板间留有空隙；且在摩擦力方向上，所述电容下极板的尺寸大于所述电容上极板的尺寸；所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。可选的，所述悬臂梁顶端通过绝缘材料连接所述电容上极板。可选的，所述柔性冠的外侧上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述柔性冠外侧上表面的平面材料。可选的，所述悬臂梁垂直于所述被测材料所在平面。可选的，所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置分别粘贴有至少两个应变片。可选的，所述柔性传感器还包括与所述应变片连接的导线。可选的，所述柔性传感器还包括应变片测量电路，所述变片测量电路为多个应变片组成的全桥电路。可选的，所述第一腔体和所述第二腔体均为矩形腔体。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的柔性传感器在柔性冠的内部上壁中开设了测量槽，该测量槽包括相互连通的第一腔体和第二腔体，悬臂梁的底端固定在底座上，悬臂梁的顶端插入第一腔体进行固定，悬臂梁的两侧面靠近底部的位置设置有应变片，悬臂梁的顶端设置有的电容上极板，第二腔体的上壁设置有与电容上极板相对的电容下极板，电容下极板和电容上极板之间留有空隙。当被测材料受到压力时，柔性冠向下运动，电容上上极板之间的间距减小，通过电容值的变化可以得到被测材料受到的压力大小，由于在摩擦力方向上，电容下极板的尺寸大于电容上极板的尺寸，这使得即使柔性冠的上端在摩擦力的作用下左右运动，也不会改变电容上上极板之间的相对面积，进而避免了摩擦力对正压力测量的干扰。同样的，被测材料在受到摩擦力时，柔性冠左右运动，带动悬臂梁的上端左右运动，使悬臂梁产生弯曲变形，通过悬臂梁的应变片的输出值可以得到被测材料受到的摩擦力大小，由于悬臂梁的顶端与柔性冠的上部之间留有空隙并未接触，这使得当柔性冠在压力的作用下向下运动时，不会对悬臂梁产生向下的作用力，进而悬臂梁不会因压力而产生弯曲变形，进而避免了正压力对摩擦力测量的干扰。可见，本专利技术提供的传感器能够测量得到无耦合的摩擦力与正压力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中柔性传感器的原理结构图；图2为本专利技术实施例中柔性传感器的部分结构示意图；图3为本专利技术实施例中柔性传感器的立体图；图4为本专利技术实施例中传感器阵列图。1、被测材料；2、柔性冠；3、悬臂梁；4、底座；5、电容下极板；6、第二腔体；7、电容上极板；8、绝缘材料；9、空腔；10、应变片；11、导线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供了一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器。如图1、图2和图3所示，该柔性传感器包括：底座4、悬臂梁3、应变片10、电容上极板7、电容下极板5和超弹性材料制成的柔性冠2；所述柔性冠2为中空结构，扣设于所述底座4上，外侧上表面固定有被测材料1，内部上壁中开设有与所述空腔9相连通的测量槽；所述测量槽包括相连通的第一腔体与第二腔体6，所述第二腔体6位于所述第一腔体的上方；所述悬臂梁3，位于所述空腔9内，底端固定于所述底座4上，顶端插入所述第一腔体进行固定；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁3插入所述第一腔体的部分的尺寸与所述第一腔体的尺寸相匹配；需要说明的是，此处的相匹配为一种间隙配合，但是，间隙不能过大，以实现在摩擦力的作用下，柔性冠2能够带动悬臂梁3的上端左右运动为目的；所述电容下极板5，设置在所述悬臂梁3的顶端；所述电容上极板7，设置在所述第二腔体6的顶壁上，与所述电容下极板7相对，且与所述电容下极板7间留有空隙(间隙可根据需要设置)；且在摩擦力方向上，所述电容下极板5的尺寸大于所述电容上极板7的尺寸，这使得即使柔性冠2的上端在摩擦力的作用下左右运动，也不会改变电容上上极板之间的相对面积而引起电容的变化，进而避免了摩擦力对测量正压力或压强的干扰；所述应变片10，设置在所述悬臂梁3的两侧面靠近底座4的位置，所述两侧面为所述悬臂梁3在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。需要说明的是，靠近底座4的位置可以理解为悬臂梁3中点以下的位置。其中，选择不同的柔性冠2材料及不同刚度的悬臂梁3，可以改变传感器的测量灵敏度。电容下极板5和电容上极板7的输出导线11由两侧引出，如图3所示。在上述实施例中，第一腔体和第二腔体6可以均为矩形腔体。在上述实施例中，悬臂梁3顶端可以通过绝缘材料8连接所述电容上极板7，绝缘材料8为便于粘接的材料，一般为高分子材料，用于将悬臂梁3的顶端与述电容上极板7粘接在一起。在上述实施例中，柔性冠2的外侧上表面可以为一平面，所述被测材料1为一贴合在所述柔性冠2外侧上表面的平面材料。悬臂梁3垂直于所述被测材料1所在平面。在测量时，需要测量何种材料的二维力(或受到流体的压强与摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器，其特征在于，包括：底座、悬臂梁、应变片、电容上极板、电容下极板和超弹性材料制成的柔性冠；/n所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，外侧上表面固定有被测材料，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的测量槽，所述测量槽包括相连通的第一腔体与第二腔体，所述第二腔体位于所述第一腔体的上方；/n所述悬臂梁，位于所述空腔内，底端固定于所述底座上，顶端插入所述第一腔体；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述第一腔体的部分的尺寸与所述第一腔体的尺寸相匹配；/n所述电容下极板，设置在所述悬臂梁的顶端；/n所述电容上极板，设置在所述第二腔体的顶壁上，与所述电容下极板相对，且与所述电容下极板间留有空隙；且在摩擦力方向上，所述电容下极板的尺寸大于所述电容上极板的尺寸；/n所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器，其特征在于，包括：底座、悬臂梁、应变片、电容上极板、电容下极板和超弹性材料制成的柔性冠；
所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，外侧上表面固定有被测材料，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的测量槽，所述测量槽包括相连通的第一腔体与第二腔体，所述第二腔体位于所述第一腔体的上方；
所述悬臂梁，位于所述空腔内，底端固定于所述底座上，顶端插入所述第一腔体；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述第一腔体的部分的尺寸与所述第一腔体的尺寸相匹配；
所述电容下极板，设置在所述悬臂梁的顶端；
所述电容上极板，设置在所述第二腔体的顶壁上，与所述电容下极板相对，且与所述电容下极板间留有空隙；且在摩擦力方向上，所述电容下极板的尺寸大于所述电容上极板的尺寸；
所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。


2.根据权利要求1所述的用于测量二维力或流体对固体压强及摩擦力的柔性传感器，其特征在于，所述悬臂梁顶端通过绝缘材料连接所述电容上极板。
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【专利技术属性】
技术研发人员：侯振德，常航，阮宏波，张茜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12