一种剪纸式摩擦电多功能传感器及测量方法技术

本发明专利技术提出一种剪纸式摩擦电多功能传感器及测量方法。本发明专利技术根据摩擦电发电机接触分离工作原理，设计了以剪纸为正电极和液态金属为负电极的摩擦电传感器，将摩擦机械能转化为可利用的电能。这种剪纸式摩擦电多功能传感器可应用于软体手爪曲率检测、人体呼吸状态监测和三维膨胀曲率检测，具有较高的分辨率和实时性等优点。性等优点。性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种剪纸式摩擦电多功能传感器及测量方法


[0001]本专利技术属于传感器
，特别是涉及一种剪纸式摩擦电多功能传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]面对日益凸显的能源危机和环境污染问题，寻求可持续的绿色能源迫在眉睫。近年来，社会的快速发展，导致各行各业对传感器需求的增长和要求的提高。而摩擦纳米发电机作为可以有效收集工作环境中机械能的新技术被广泛关注，有能量来源丰富、环保、低成本的特点。基于摩擦纳米发电机构建无需电源即可对环境变化产生响应的自供电传感器是极具应用潜力的。此外，剪纸结构因为具有较强的形态变化能力，能够用于性能可调控的超材料设计，而受到科学界和工程界的广泛关注。将剪纸结构与摩擦电传感器结合，可以用于基于剪纸式的摩擦电多功能传感器的设计。
[0003]在工业领域上，由柔性材料构成的软体机器人由于能够通过非线性变形产生复杂的自适应运动，被广泛应用于柔性抓取、医疗康复、抢险救灾、管道检测、海洋探索、航天开发等领域。机器人需要传感器来监测和感知它们的运动，甚至需要多个不同功能的传感器相互协作以使这些机器人完成特定的高精度任务，然而电位器及编码器等传统传感器难以满足软体机器人自由度多及变形非线性强的特性，阻碍了其在软体机器人领域的应用。传统的软体机器人运动检测与感知的方法包括光检测、压电、电磁效应、导电复合材料，然而上述方法因存在一些不足导致应用受限，例如电复合材料存在非线性或蠕变的问题，光检测和电磁效应需要单独外加光源和磁场。因此，需要开发一种柔性、可拉伸的多功能传感器以实现软体机器人的多种运动形式感知。在医疗领域上，随着世界人口老龄化的快速发展，心血管疾病已成为人们面临的重大挑战，因为它是全球死亡的最主要原因，最常发生在老年。目前，心血管疾病的早期检测通常是通过不连续或一次性测量袖带血压、心电图、光体积描记术、多普勒超声和磁共振成像，费用昂贵、体积庞大、不方便、间歇性、功能单一。为了以舒适、连续、实时的方式监测多种心血管疾病，并及时发现心血管疾病的恶化，需要采用小型化、高灵敏度、超低能耗和在各种情况下使用的柔性可穿戴传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种剪纸式摩擦电多功能传感器及测量方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于剪纸结构的软体手爪曲率检测传感器，所述传感器包括：拉伸剪纸电极101、软体手爪曲率检测传感器液态金属电极102和软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底103；所述拉伸剪纸电极101包括PEEK薄膜1011和银导电涂层1012；所述银导电涂层1012是由银导电喷雾喷涂在PEEK薄膜1011上的；所述软体手爪曲率检测传感器液态金属电极102通过注射器注射进软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底103；所述软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底103包括硅胶上封皮1031和硅
胶下封皮1032，硅胶下封皮1032含有空槽用于灌注液态金属，上下封皮由硅胶粘合剂粘合；拉伸剪纸电极101与装有软体手爪曲率检测传感器液态金属电极102的软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底103由硅胶粘合剂上下粘合。
[0006]进一步地，所述银导电涂层1012与软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底103接触；所述PEEK薄膜1011为矩形，薄膜留有中间间隙和侧边间隙。
[0007]进一步地，传感器用夹具104与机械臂20固定；所述夹具104分为上夹具1041和下夹具1042，上夹具1041和下夹具1042由四个螺栓105和螺母106固定。
[0008]本专利技术提出一种基于剪纸结构的人体呼吸状态监测传感器，所述传感器包括：一维屈曲剪纸电极，人体呼吸状态监测传感器液态金属电极和人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底，所述一维屈曲剪纸电极包括PEEK薄膜2011和铜箔2012，PEEK薄膜2011和铜箔2012先粘合后激光切割形成；所述人体呼吸状态监测传感器液态金属电极通过注射器注射进人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底；所述人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底包括硅胶上封皮和硅胶下封皮，硅胶下封皮含有空槽用于灌注液态金属，上下封皮由硅胶粘合剂粘合；剪纸正电极与液态金属负电极由硅胶粘合剂上下粘合；一维屈曲剪纸电极与装有人体呼吸状态监测传感器液态金属电极的人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底由硅胶粘合剂上下粘合。
[0009]进一步地，所述一维屈曲剪纸电极的铜箔2012与人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底接触。
[0010]进一步地，所述人体呼吸状态监测传感器两侧粘有2mm硅胶片用于与弹性带固定；硅胶片与弹性带均用打孔器穿孔，用扎带固定。
[0011]进一步地，所述一维屈曲剪纸电极的最小单元呈椭圆形，单元最大长度为8.94mm，宽度为23mm。
[0012]本专利技术提出一种基于剪纸结构的三维膨胀曲率检测传感器，所述传感器包括：二维屈曲剪纸电极301，三维膨胀曲率检测传感器液态金属电极和三维膨胀曲率检测传感器可拉伸基底302，所述二维屈曲剪纸电极301包括PEEK薄膜和铜箔，PEEK薄膜和铜箔先粘合后激光切割形成；所述三维膨胀曲率检测传感器液态金属电极通过注射器注射进三维膨胀曲率检测传感器可拉伸基底302；所述三维膨胀曲率检测传感器可拉伸基底302包括硅胶上封皮和硅胶下封皮，硅胶下封皮含有空槽用于灌注液态金属，上下封皮由硅胶粘合剂粘合；剪纸正电极与液态金属负电极由硅胶粘合剂上下粘合；二维屈曲剪纸电极301与装有三维膨胀曲率检测传感器液态金属电极的三维膨胀曲率检测传感器可拉伸基底302由硅胶粘合剂上下粘合。
[0013]进一步地，所述二维屈曲剪纸电极301的最小单元呈方形，单元边长为7mm。
[0014]本专利技术提出一种所述的传感器的测量方法，所述传感器为剪纸摩擦电传感器，所述测量方法包括以下步骤：
[0015]步骤S1：利用静电采集设备记录剪纸摩擦电传感器产生的交流信号，将交流信号传输给电脑的数据分析软件；
[0016]步骤S2：将传输的信号进行拟合，建立传感器变形和输出信号的函数关系；
[0017]步骤S3：根据输出信号的函数关系得到被测物体的实际变形量；
[0018]步骤S4：根据被测物体的实际变形量得到软体手爪的曲率、人体呼吸频率或三维
膨胀体的体积。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]相较于传统传感器，本专利技术根据摩擦电发电机接触分离工作原理，设计了以剪纸为正电极和液态金属为负电极的摩擦电传感器，将摩擦机械能转化为可利用的电能。这种剪纸式摩擦电多功能传感器可应用于软体手爪曲率检测、人体呼吸状态监测和三维膨胀曲率检测。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所述的软体手爪曲率检测传感器与机械臂示意图；
[0022]图2为本专利技术所述的软体手爪曲率检测传感器结构示意图；
[0023]图3为本专利技术所述的软体手爪曲率检测传感器爆炸视图；
[0024]图4为本专利技术所述的软体手爪曲率检测传感器剪纸电极局部示意图；
[0025]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于剪纸结构的软体手爪曲率检测传感器，其特征在于，所述传感器包括：拉伸剪纸电极(101)、软体手爪曲率检测传感器液态金属电极(102)和软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底(103)；所述拉伸剪纸电极(101)包括PEEK薄膜(1011)和银导电涂层(1012)；所述银导电涂层(1012)是由银导电喷雾喷涂在PEEK薄膜(1011)上的；所述软体手爪曲率检测传感器液态金属电极(102)通过注射器注射进软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底(103)；所述软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底(103)包括硅胶上封皮(1031)和硅胶下封皮(1032)，硅胶下封皮(1032)含有空槽用于灌注液态金属，上下封皮由硅胶粘合剂粘合；拉伸剪纸电极(101)与装有软体手爪曲率检测传感器液态金属电极(102)的软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底(103)由硅胶粘合剂上下粘合。2.根据权利要求1所述的软体手爪曲率检测传感器，其特征在于，所述银导电涂层(1012)与软体手爪曲率检测传感器可拉伸基底(103)接触；所述PEEK薄膜(1011)为矩形，薄膜留有中间间隙和侧边间隙。3.根据权利要求1所述的软体手爪曲率检测传感器，其特征在于，传感器用夹具(104)与机械臂(20)固定；所述夹具(104)分为上夹具(1041)和下夹具(1042)，上夹具(1041)和下夹具(1042)由四个螺栓(105)和螺母(106)固定。4.一种基于剪纸结构的人体呼吸状态监测传感器，其特征在于，所述传感器包括：一维屈曲剪纸电极，人体呼吸状态监测传感器液态金属电极和人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底，所述一维屈曲剪纸电极包括PEEK薄膜(2011)和铜箔(2012)，PEEK薄膜(2011)和铜箔(2012)先粘合后激光切割形成；所述人体呼吸状态监测传感器液态金属电极通过注射器注射进人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底；所述人体呼吸状态监测传感器可拉伸基底包括硅胶上封皮和硅胶下封皮，硅胶下封皮含有空槽用于灌注液态金属，上下封皮由硅胶粘合剂粘合；剪纸正电极与液态金属负电极由硅胶粘合剂上下粘合；一维屈曲剪纸电极与装有人体呼吸状态监测传感器液态金...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳洪浩，徐金随，杨飞，应凯，解志杰，任铭扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：