一种高精度传感器及在测力鞋垫的应用制造技术

本发明专利技术属于高精度柔性压力传感器领域，也应用于电子皮肤和步态分析测力鞋垫。本发明专利技术将弹性导电体与成熟电阻屏及电容屏技术结合，成为一种高精度低成本且成熟度高的技术方案，与单点阵列式触觉传感器相比，大大提高触觉传感器的位置精度。电阻屏结构和电容屏结构的理论分辨率可以达到像素级，每一个可以分辨的点，相当于单点阵列传感器的一个点。还可以根据弹性导电体厚度，形状和导电性能的不同选择，分析力的大小和特征，具有更大的应用前景。具有更大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度传感器及在测力鞋垫的应用
[0001]本专利技术属于高精度柔性压力传感器领域，也应用于一种测力鞋垫。本专利技术将弹性导电体与成熟电阻屏及电容屏技术结合，成为一种高精度低成本且成熟度高的技术方案。
[0002]技术背景：弹性导电体应用于传感器的技术是目前的热门课题，一般选择是导电橡胶作为力敏部件，利用其力敏电阻特性，将力信号转化为电信号，多用于单点传感器，面积稍大的需求，通过点阵排列的多点阵列方式实现。已授权的中国国家专利技术专利(公开号 CN201210193314.9)公开了哈尔滨工业大学的一种仿人型机器人多手指柔性三维力触觉传感器及其三维力检测系统。该传感器采用具有量子隧道效应的压敏复合材料 QuantumTunnelingComposites(QTC)，当QTC不受外力施压时，其本体为绝缘体，当QTC 受到外力施压时，本体发生压缩形变，QTC呈现导电特性，电阻阻值随着压力的增大而逐渐变小。已授权的中国国家专利技术专利(专利号：CN201410451649.5)公开了浙江大学基于压敏导电橡胶的柔性触滑觉复合传感阵列。采用日本INABA公司生产的Inastomer导电橡胶，具有优良的压阻特性、迟滞性能、及线性度，对轻微振动有良好的压力敏感效应，可以检测高频率低振幅的滑移信号。上述专利技术对于平面测力的分布效果有限，点阵结构的平面分辨率精度欠佳，技术的成熟性和实用性不强，成本也非常高。
[0003]导电橡胶。导电橡胶用于传感器测力的基本原理是：导电橡胶在一定范围的压力作用下，导电橡胶的阻值会随着压力的增大逐渐减小，性能良好的导电橡胶可以在压力作用下由绝缘变为导电。目前添加了导电粒子的压力敏感导电橡胶被人们广泛关注。导电橡胶具有良好的柔韧性、耐磨性，该材料在一定的应力范围内电阻值随着应力的变化而变化，具有很好的压阻特性。导电橡胶力敏性传感器就是利用导电材料的压阻特性设计的一种新型传感器。但是，利用导电橡胶的力敏性做成的产品比较少，特别是用导电橡胶做成的传感器还是很少。导电橡胶力敏传感器也可以做为触觉传感器。感压导电橡胶，除具有灵敏度高，能够集成化智能化的特点外，还具有可曲挠性、高弹性、耐介质腐蚀、加工过程相对简单、可以制成大面积等特点。因此，在电阻应变式敏感材料中成为另一大类，而且占有不可取代的重要地位。感压导电橡胶就是制造触觉传感器合适的敏感材料之一。感压导电橡胶不但可以制造各种机器人的触觉、义手等感压传感器，还可以制造各种力敏传感器，各种触点触面开关元件，高密度文字处理机的开关面板，计算机的符号图象转读装置，以及作为滤波器件使用。
[0004]本专利技术所述导电橡胶，专指力敏导电橡胶，也就是压力状态下导电。常态下导电的橡胶，与本专利技术方案无关。
[0005]电阻式触摸屏是一种应用极广泛的传感器，基本上是薄膜加上玻璃或有机玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。电阻触摸屏的工作原理主要是通过压力感应原理来实现对屏幕内容的操作和控制的，这种触摸屏屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，其中第一层为玻璃或有机玻璃底层，第二层为隔层，第三层为多元树脂表层，表面还涂有一层
透明的导电层，上面再盖有一层外表面经硬化处理、光滑防刮的塑料层。在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔电流通过表层，轻触表层压下时，接触到底层，控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。这种触摸屏利用两层高透明的导电层组成触摸屏，两层之间距离小到仅为2.5微米。当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
[0006]电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层，夹层ITO 涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。电容触控屏分为基于表面电容式触摸技术(即SurfaceCapacitiveTouch，简称SCT)的表面电容触控屏和基于投射电容式触摸技术 (即ProjectedCapacitiveTouch，简称PCT)的投射式电容触控屏。由于投射式电容触控屏比表面电容触控屏具有更优越的性能以及更长的使用寿命，因此，投射式电容触控屏广泛应用于生活中，其中投射式电容触控屏的工作原理具体为：首先，通过有效的电子控制将电容触控屏分割为多个与像素尺寸大小相当的传感单元，然后，采用极细的单轨金属丝进行整列.最后，将这些单轨金属丝连接到控制板。由于每根金属丝都有自己固定的电磁振荡频率，触摸电容触控屏的玻璃表面会引起金属丝振荡频率的改变，同时金属丝振荡频率的变化情况由控制板进行检测，最后通过控制板以及核心程序来确定触摸点。与表面电容触控屏相比，由于基于PCT技术的投射式电容触控屏的传感单元是嵌入式的，因此具有稳定性好，不容易受干扰，以及不容易损伤等优点。
[0007]一种高精度压力触觉传感器，由弹性导电体与电阻屏结构和/或电容屏结构和/或触摸板 (TouchPad或TrackPad)结构组成，其特征是：弹性导电体位于电阻屏结构内的隔层；弹性导电体位于电容屏结构和触摸板(TouchPad或TrackPad)结构本体的触摸侧。
[0008]弹性导电体与电阻屏结构结构的组合，弹性导电体位于电阻屏结构内的隔层。是用弹性导电体替代了现有隔层内的绝缘透明胶点。绝缘透明胶点用于隔开两个导电层，保持绝缘，受到外部压力时，两个导电层在受压位置导通。而弹性导电体就具有常态绝缘，受压后导电的功能，替代缘透明胶点非常合适。电阻屏制造更简单，因为不要求透明性，工艺和材料难度更低，测力的应用也更宽泛。
[0009]弹性导电体与电容屏结构的组合，借鉴了已授权中国专利技术专利(专利号： CN201210505083.0)，名为：一种按压式电容屏。该专利技术公开了一种按压式电容屏，用于绝缘体的压力触控感知，其包括电容屏本体，所述电容屏本体的正面和背面分别对应为电容屏本体的触摸侧和非触摸侧；所述电容屏本体的触摸侧设置有柔性ITO导电薄膜，所述柔性ITC 导电薄膜与电容屏本体之间均布有柔性支承，所述非触摸侧设置有ITO导电层；所述柔性ITO 导电薄膜引出一电极去连接一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度压力触觉传感器，由弹性导电体和/或力敏电阻与电阻屏结构和/或电容屏结构组成，其特征是：弹性导电体和/或力敏电阻位于电阻屏结构内的隔层；弹性导电体和/或力敏电阻电体位于电容屏结构本体的触摸侧。2.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征是：弹性导电体和/或力敏电阻为厚度均匀的片状。3.根据权利要求1和2所述的触觉传感器，其特征是：弹性导电体和/或力敏电阻为厚度均匀的片状平面体。4.根据权利要求1、2和3所述的触觉传感器，弹性导电体和/或力敏电阻厚度误差小于平均厚度的百分之四。5.根据权利要求1、2、3和4所述的触觉传感器，弹性导电体和/或力敏电阻厚度误差小于平均厚度的百分之八。6.根据权利要求1、2、3、4和5所述的触觉传感器，有2平方厘米以上的面积，弹性导电体和/或力敏电阻厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆生，
申请(专利权)人：郑庆生，
类型：发明
国别省市：