抗干扰磁感应式柔性触觉传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，包括RLC谐振电路、柔性结构体、磁场传感器、基底、控制电路；柔性结构体固定在基底上；RLC谐振电路安装于柔性结构体内；磁场传感器位于基底；控制电路包括脉冲发生和信号处理模块，脉冲发生模块与RLC谐振电路相连，磁场传感器与信号处理模块相连；脉冲发生模块向RLC谐振电路按特定频率发送脉冲信号，引起RLC谐振电路谐振并在空间中形成特定频率的时变磁场；磁场传感器采集空间中三维磁场强度；信号处理模块提取磁场传感器输出的电压信号中特定频率的谐波并得到谐波幅值，根据所得到的谐波幅值判断RLC谐振电路的方位以及与磁场传感器的距离，并据此得到柔性结构体的形变。并据此得到柔性结构体的形变。并据此得到柔性结构体的形变。

【技术实现步骤摘要】
抗干扰磁感应式柔性触觉传感器


[0001]本专利技术涉及磁感应式柔性触觉传感器
，尤其涉及一种抗干扰磁感应式柔性触觉传感器。

技术介绍

[0002]磁感应式柔性触觉传感器具有以下优势：1)成本较低；2)敏感测量元件无需移动，可靠性较高；3)可测量多维力，磁感应式柔性触觉传感器一般通过磁场传感器等敏感测量元件测量磁源的空间三维移动，可推断出在空间三维方向的受力；4)灵敏度高。上述优势使磁感应式柔性触觉传感器有较好应用前景。
[0003]申请号为202210386476.8的中国专利技术专利申请公开了一种柔性触觉传感器及其应用(方案[1])，将柔性磁膜置于磁性传感单元之上，当外力作用下磁膜发生变形时，磁膜周边磁场发生变化，磁性传感单元可以测得变化磁场，进而推断磁膜的形变。
[0004]申请号为202211476287.6的中国专利技术专利申请公开了一种基于霍尔效应的触觉传感器、传感器阵列及方法(方案[2])，将微型磁铁置于硅胶内，并位于霍尔传感器上。当硅胶在外力的作用下变形时，微型磁铁与三轴霍尔传感器的相对位置发生变化，三轴霍尔芯片所测磁场强度也改变，根据霍尔传感器所测磁场强度可推断微型磁铁位置。
[0005]申请号为202010962577.6的中国专利技术专利申请公开了一种基于变压器原理的柔性触觉传感器及其柔性触觉检测系统(方案[3])，主线圈发出特定频率的电磁场，副线圈感应电磁场，金属层与线圈的距离会影响主副线圈间的耦合系数，根据副线圈感应电压间接测量金属层位置。
[0006]目前实现多维力测量的方案多采用磁场原理(如方案[1]和方案[2])，但其磁性传感器易受外部磁场干扰产生误差。方案[3]通过特定频率的电磁场耦合测量金属层与线圈的距离，可避免外界磁场干扰，但无法判断金属层的移动方向，即无法感知接触力方向。
[0007]因此，本领域的技术人员致力于开发一种抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有技术无法实现抗外界磁场干扰的多维接触力测量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，包括RLC谐振电路、柔性结构体、磁场传感器、基底、控制电路；所述柔性结构体固定在所述基底上，由柔性材料构成，在外力作用时能够产生形变；所述RLC谐振电路安装于所述柔性结构体内；所述磁场传感器位于所述基底；所述控制电路包括脉冲发生模块和信号处理模块，所述脉冲发生模块与所述RLC谐振电路的激励接口相连接，所述磁场传感器通过数据接口与所述信号处理模块相连接；所述脉冲发生模块被配置为向所述RLC谐振电路按特定频率发送脉冲信号，所述脉冲信号引起所述RLC谐振电路谐振并在空间中形成所述特定频率的时变磁
场；所述磁场传感器采集空间中三维磁场强度；所述信号处理模块被配置为提取所述磁场传感器输出的电压信号中所述特定频率的谐波并得到谐波幅值，根据所得到的谐波幅值判断所述RLC谐振电路的方位以及与所述磁场传感器的距离，并根据所述RLC谐振电路的方位以及与所述磁场传感器的距离得到所述柔性结构体的形变。
[0010]进一步地，所述RLC谐振电路包括电阻R、电感L和电容C，三者之间构成串联关系或并联关系。
[0011]进一步地，所述柔性结构体由聚二甲基硅氧烷构成，采用方形、圆柱形、三角形形状中的一种，并具有中空结构。
[0012]进一步地，所述磁场传感器采用霍尔传感器或巨磁阻传感器。
[0013]进一步地，所述基底由印制电路板、塑料板、聚二甲基硅氧烷中的一种构成，采用圆形或方形形状。
[0014]进一步地，所述磁场传感器嵌在所述基底表面，或者嵌入所述基底中。
[0015]进一步地，所述脉冲发生模块采用多谐振荡电路、555定时器电路、专用信号发生器中的一种，所述脉冲信号发生模块通过柔性导线连接所述RLC谐振电路。
[0016]进一步地，所述脉冲信号发生模块被配置为向所述RLC谐振电路按频率ω
s
发送脉冲激励，所述脉冲激励幅度为U
s
，所述脉冲激励在所述RLC谐振电路中引起感应电流，所述感应电流的幅值I
RLC
和频率ω
RLC
由公式(4)决定：
[0017][0018]其中当t＝0时，当t＝0时，为I
RLC
的最大值；
[0019]I
RLC
随时间而不断减小并收敛到0，所述脉冲激励的间隔时间T
s
应确保：
[0020][0020]为T
s
时I
RLC
值。
[0021]进一步地，所述信号处理模块还被配置为根据所述柔性结构体的形变
‑
力的映射关系，进一步得到外部作用力。
[0022]进一步地，所述信号处理模块被配置为通过锁相环、带通滤波器电路检出所述磁场传感器输出信号中频率为ω
RLC
的谐波信号幅度(U
sx
,U
sy
,U
sz
)，根据公式(5)计算所述磁场传感器的交变磁场的强度(B
x
,B
y
,B
z
)：
[0023][0024]其中r
s
表示所述磁场传感器的转换系数，利用查表法、神经网络建立(B
x
,B
y
,B
z
)与线圈位置(a,b,c)以及姿态(m,n,p)的关系，根据(B
x
,B
y
,B
z
)结合磁源定位算法确定线圈的
位置和姿态(a,b,c,m,n,p)；
[0025]线圈的位置和姿态变化是由外力作用在所述柔性结构体上引起的，即
[0026](a,b,c,m,n,p)＝R
s
(S
t
,F
x
,F
y
,F
z
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0027]其中R
s
表示所述柔性结构体的响应函数，S
t
表示所述柔性结构体的几何及材料参数集，
[0028]在S
t
确定后，根据有限元仿真或实验方法获得所述柔性结构体受到的作用力(F
x
,F
y
,F
z
)和(a,b,c,m,n,p)的映射关系R
s
，再利用查表法、神经网络工具建立反映射关系，即根据线圈位置(a,b,c)以及姿态(m,n,p)确定(F
x
,F
y
,F
z
)，进而实现多维力感知。
[0029]与现有技术相比，本专利技术主要具有以下优点：
[0030]本专利技术的磁场传感器仅检测特定频率的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，包括RLC谐振电路、柔性结构体、磁场传感器、基底、控制电路；所述柔性结构体固定在所述基底上，由柔性材料构成，在外力作用时能够产生形变；所述RLC谐振电路安装于所述柔性结构体内；所述磁场传感器位于所述基底；所述控制电路包括脉冲发生模块和信号处理模块，所述脉冲发生模块与所述RLC谐振电路的激励接口相连接，所述磁场传感器通过数据接口与所述信号处理模块相连接；所述脉冲发生模块被配置为向所述RLC谐振电路按特定频率发送脉冲信号，所述脉冲信号引起所述RLC谐振电路谐振并在空间中形成所述特定频率的时变磁场；所述磁场传感器采集空间中三维磁场强度；所述信号处理模块被配置为提取所述磁场传感器输出的电压信号中所述特定频率的谐波并得到谐波幅值，根据所得到的谐波幅值判断所述RLC谐振电路的方位以及与所述磁场传感器的距离，并根据所述RLC谐振电路的方位以及与所述磁场传感器的距离得到所述柔性结构体的形变。2.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述RLC谐振电路包括电阻R、电感L和电容C，三者之间构成串联关系或并联关系。3.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述柔性结构体由聚二甲基硅氧烷构成，采用方形、圆柱形、三角形形状中的一种，并具有中空结构。4.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述磁场传感器采用霍尔传感器或巨磁阻传感器。5.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述基底由印制电路板、塑料板、聚二甲基硅氧烷中的一种构成，采用圆形或方形形状。6.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述磁场传感器嵌在所述基底表面，或者嵌入所述基底中。7.如权利要求1所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述脉冲发生模块采用多谐振荡电路、555定时器电路、专用信号发生器中的一种，所述脉冲信号发生模块通过柔性导线连接所述RLC谐振电路。8.如权利要求2所述的抗干扰磁感应式柔性触觉传感器，其特征在于，所述脉冲信号发生模块被配置为向所述RLC谐振电路按频率ω
s
发送脉冲激励，所述脉冲激励幅度为U
s
，所述脉冲激励在所述RLC谐振电路中引起感应电流，所述感应电流的幅值I
RLC
和频率ω
RLC
由公式(4)决定：其中当t＝0时，为I
RLC
的最大值；I
RLC
随时间而不断减小并收敛到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳初，杨丽红，王双园，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：