双模态传感器及其数据处理方法技术

本公开提供了一种双模态传感器及其数据处理方法，该双模态传感器包括：活性层，设置于柔性衬底上；第一传感元件和第二传感元件，设置于活性层上；第二传感元件对称设置于第一传感元件两侧；第一传感元件和第二传感元件被配置为共用一个工作电极；填充层，设置于第一传感元件上，填充层的高度配置为第一传感元件和第二传感元件之间的高度差。第二传感元件之间的高度差。第二传感元件之间的高度差。

【技术实现步骤摘要】
双模态传感器及其数据处理方法


[0001]本公开涉及柔性器件领域，尤其涉及一种双模态传感器及其数据处理方法。

技术介绍

[0002]触觉一直是人类或者仿生机械获取外界信息的重要渠道。触觉传感器赋予仿生机械获取接触物材质信息的能力，协助其完成抓取、鉴别等功能。为了获取更加准确的信息，触觉传感器也从最初的单一传感逐步发展为多维传感，以期得到更加丰富的信息，协助仿生机械获取更加准确的信息。
[0003]在相关技术中，双模乃至多模传感器大多通过多个传感器拼凑集成实现，亦或者通过一个器件多个信号通道实现。这些处理一方面不是单个传感单元实现多模探测，另一方面电压和电流两种信号的采集运放电路机理不同，致使后端电路重复模块增加。此外，随着柔性电子科技的发展，使用人工电子皮肤赋予皮肤损伤病人触觉的可能性也显著提高。目前，感知接触物形变的传感器需要依托精密的力学控制，需要知道器件在宏观空间中相对位移。对于人或者特定机械来说，毫米级别的力学控制和自我认知是极难实现的。
[0004]目前柔性感知器件探测硬度时对于力学控制的要求较高，存在不适用于电子皮肤的局限性，因而，亟须一种对于空间位置依赖不高的，可实现单个元件同时探测两种信号的，用以材质识别的多模态触觉传感器。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种双模态传感器及其数据处理方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0007](二)技术方案
[0008]鉴于上述问题，本公开提供了一种双模态传感器及一种双模态传感器的数据处理方法。
[0009]根据本公开的第一个方面，提供了一种双模态传感器，包括：活性层，设置于柔性衬底上；第一传感元件和第二传感元件，设置于上述活性层上；上述第二传感元件对称设置于上述第一传感元件两侧；上述第一传感元件和上述第二传感元件被配置为共用一个工作电极；填充层，设置于上述第一传感元件上，上述填充层的高度配置为上述第一传感元件和上述第二传感元件之间的高度差。
[0010]根据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：上述第一传感元件包括：第一对电极，沿第一轴线设置于上述活性层上；上述第一对电极与上述工作电极通过上述活性层电性相连；上述第二传感元件包括：第二对电极，沿第一轴线设置于上述活性层上，且上述第二对电极对称设置于上述第一对电极两侧；上述第二对电极与上述工作电极通过上述活性层电性相连；上述工作电极沿第二轴线设置于上述活性层上，上述第一轴线与上述第二轴线相互平行。
[0011]根据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：相邻上述第一对电极和上述第二对电极之间的距离大于上述第一对电极或上述第二对电极与上述工作电极之间的距离；或者相邻上述第二对电极之间的距离大于上述第一对电极或上述第二对电极与上述工作电极之间的距离。
[0012]根据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：上述第一对电极和上述第二对电极的尺寸相同。
[0013]根据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：相邻上述第一对电极和上述第二对电极之间的间距相等；或者，相邻上述第二对电极之间的间距相等。
[0014]据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：上述第一传感元件的个数为一个，上述第二传感元件的个数为两个。
[0015]根据本公开的实施例，上述的双模态传感器，其中：上述柔性衬底的材料为聚乙酰亚胺；上述活性层材料为碲纳米线薄膜。
[0016]根据本公开的第二方面，提供了一种双模态传感器的数据处理方法，包括：以第一电压作用于第一传感元件，在第一时间点采集得到第一电流；以第二电压作用于第一传感元件，在第二时间点采集得到第二电流；其中，上述第一电压大于上述第二电压；当上述第一电压和上述第二电压之间的转换时间间隔小于上述双模态传感器的响应时间时，上述第一时间点和上述第二时间点对应的器件开路电压值和器件内部电阻值恒定，根据上述第一电压、上述第一电流、上述第二电压和上述第二电流，得到：
[0017][0018][0019]其中：R为器件内部电阻值；V
therm
为热电电势；V
H
为第一电压；V
L
为第二电压；I
H
为第一电流；I
L
为第二电流。
[0020]根据本公开的实施例，上述的数据处理方法，其中：当在第一时间点和第二时间点的信号采集时间间隔小于上述双模态传感器的响应时间时，相邻两个采样时间点对应的器件开路电压值和器件内部电阻值恒定。
[0021]根据本公开的实施例，上述的数据处理方法，其中：还包括：使用上述双模态传感器触碰接触物体，在第一电压状态下，第一传感元件的输出电流为I1，第二传感元件的输出电流为I1’
、I2’…
I
n
’
，获得参考数据：
[0022][0023]其中：上述参考数据配置为上述接触物体的硬度信息。
[0024](三)有益效果
[0025]基于上述技术方案，本公开相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：
[0026](1)本公开中在第一传感元件上添加填充层，形成第一传感元件和第二传感元件之间的高度差。当使用惯用力触碰物体时，会得到具有差异的数据集。
[0027](2)本公开在高电压状态下，通过采集电流信号，可达到判断物体硬度的目的，本公开不涉及空间位置信息，降低了对空间信息的要求，更加适用于电子皮肤。
[0028](3)本公开中通过采集电流信号，实现了通过单个第一传感元件同时输出热电电势和压阻两种信号。
[0029](4)本公开所用信号输出均为电流信号，可采用同一运放电路完成，简化了需分别处理电压信号和电流信号的采集运放电路机理。
[0030](5)本公开通过结构设计，设计第二对电极对称设置于第一对电极两侧，使得第二传感元件所受外部压力均值约等于对称中心所受压力，消除触碰物体时传感器小角度倾斜引起的误差，实现了相对于非对称单侧设置对电极的精度提高。
附图说明
[0031]图1为本公开实施例中双模态触觉传感器的右视图；
[0032]图2为本公开实施例中双模态触觉传感器的俯视图；
[0033]图3A为本公开实施例中第一对电极一个，第二对电极N个的双模态触觉传感器的俯视图；
[0034]图3B为本公开实施例中第一对电极M个，对电极2M个的双模态触觉传感器的俯视图；
[0035]图3C为本公开实施例中第一对电极Q个，对电极Q+1个的双模态触觉传感器的俯视图；
[0036]图4A为本公开实施例中第一传感元件的温差响应的IV曲线；
[0037]图4B为本公开实施例中第一传感元件的压阻响应的IV曲线；
[0038]图5为本公开实施例中数据采集设计中相邻高低电压下第一传感元件的IV响应曲线。
[0039]图6为本公开实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模态传感器，包括：活性层，设置于柔性衬底上；第一传感元件和第二传感元件，设置于所述活性层上；所述第二传感元件对称设置于所述第一传感元件两侧；所述第一传感元件和所述第二传感元件被配置为共用一个工作电极；填充层，设置于所述第一传感元件上，所述填充层的高度配置为所述第一传感元件和所述第二传感元件之间的高度差。2.根据权利要求1所述的双模态传感器，其中，所述第一传感元件包括：第一对电极，沿第一轴线设置于所述活性层上；所述第一对电极与所述工作电极通过所述活性层电性相连；所述第二传感元件包括：第二对电极，沿第一轴线设置于所述活性层上，且所述第二对电极对称设置于所述第一对电极两侧；所述第二对电极与所述工作电极通过所述活性层电性相连；所述工作电极沿第二轴线设置于所述活性层上，所述第一轴线与所述第二轴线相互平行。3.根据权利要求2所述的双模态传感器，其中，相邻所述第一对电极和所述第二对电极之间的距离大于所述第一对电极或所述第二对电极与所述工作电极之间的距离；或者相邻所述第二对电极之间的距离大于所述第一对电极或所述第二对电极与所述工作电极之间的距离。4.根据权利要求2所述的双模态传感器，其中，所述第一对电极和所述第二对电极的尺寸相同。5.根据权利要求2所述的双模态传感器，其中，相邻所述第一对电极和所述第二对电极之间的间距相等；或者，相邻所述第二对电极之间的间距相等。6.根据权利要求1至5中任一项所述的双模态传感器，其中，所述第一传感元件的个数为一个，所述第二传感元件的个数为两个。7.根据权利要求1至5中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽丽，李林林，沈国震，娄正，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：