基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，包括：铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜的磁阻发生变化；柔性线圈薄膜，与铁磁性薄膜粘接，柔性线圈薄膜包括：柔性线圈，柔性线圈适用于在被测对象发生的应变的过程中产生电感，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知

【技术实现步骤摘要】
基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器


[0001]本专利技术涉及电感传感器的
，更具体地，涉及一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器
。

技术介绍

[0002]弯曲曲率传感在可穿戴传感系统中检测人类活动有着重要的意义，提供着人类或者软体机器人身体姿态的本体感知的信息，对于软体机器人的操作和交互响应至关重要
。
[0003]目前，关于弯曲传感器，有电阻式
、
电容式
、
光学式
、
磁场式的传感器等等，这些传感器中大多数是利用物体本身的应变来进行曲率的测量，这些非直接测量方式往往容易被安装位置干扰测量结果，同时有着复杂性能表现的粘弹性基底材料，而且大部分传感器只能进行弯曲角度的测量，并不能进行弯曲方向的判定
。
应用较多的有布拉格光纤光栅传感，但是它的光学和电学系统比较复杂限制了它的应用
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本专利技术实施例提供一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知
、
可穿戴运动检测等领域
。
[0005]本专利技术提供了一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，包括：铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，上述裂纹根据被测对象发生的应变，以使上述空气间隙放大或缩小，从而使上述铁磁性薄膜的磁阻发生变化；柔性线圈薄膜，与上述铁磁性薄膜粘接，上述柔性线圈薄膜包括柔性线圈，上述柔性线圈适用于在上述被测对象发生的应变的过程中产生电感，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，上述磁场基于上述柔性线圈的变形以及因上述磁阻发生变化而产生，上述电感值用于测量上述被测对象的曲率
。
[0006]可选地，上述电感的变化由上述铁磁性薄膜的上述空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定
。
[0007]可选地，上述铁磁性薄膜包括：弹性膜，设置在上述铁磁性薄膜上，上述弹性膜适用于密封保护上述铁磁性薄膜的颗粒或者碎片
。
[0008]可选地，上述铁磁性薄膜还包括：粘接层，设置在上述铁磁性薄膜和上述柔性线圈薄膜之间，上述粘接层适用于粘连上述铁磁性薄膜和上述柔性线圈薄膜
。
[0009]可选地，上述柔性线圈薄膜贴附于上述被测对象的表面，通过上述被测对象发生的应变，从而引起上述柔性线圈的电感发生变化，以实现对上述被测对象的曲率的测量
。
[0010]可选地，上述双向弯曲传感器嵌入上述被测对象内，通过上述被测对象发生的应变，从而引起上述柔性线圈的电感发生变化，以实现对上述被测对象的曲率的测量
。
[0011]可选地，上述被测对象为非磁性的绝缘对象
。
[0012]可选地，上述柔性线圈薄膜为一层或多层
。
[0013]可选地，上述柔性线圈为固态导体的电感线圈
、
液态金属的电感线圈
、
嵌入织物的平面电感线圈或嵌入织物的曲面电感线圈
。
[0014]可选地，上述固态导体包括以下任一种：铜
、
铝
、
导电金属的合金；上述液态金属为镓铟锡或共晶镓铟合金
。
[0015]根据本专利技术实施例的一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，通过含有空气间隙的裂纹，裂纹根据被测对象发生的应变，以使空气间隙放大或缩小，从而使铁磁性薄膜的磁阻发生变化，且与柔性线圈由于应变产生的磁场变化相耦合，以使柔性线圈的电感发生变化，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，磁场基于柔性线圈的变形以及因磁阻发生变化而产生，电感值用于测量被测对象的曲率，基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器能够精确测量被测对象的曲率，实现弯曲角度和弯曲方向的同时测量，制作简单，灵敏度高，性能稳定可靠，迟滞低，能应用于软体机器人感知
、
可穿戴运动检测等领域
。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术的一种实施例的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器的立体图；图2是根据本专利技术的一种实施例的铁磁性薄膜的制作流程图；图3是根据本专利技术的一种实施例的没有发生应变时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；图4是根据本专利技术的一种实施例的裂纹拉伸时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；图5是根据本专利技术的一种实施例的裂纹收缩时含有空气间隙的裂纹磁阻调制原理图；图6是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器未进行弯曲时的磁场分布图；图7是图6所示的
A
区域的局部放大图；图8是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器正向弯曲时铁磁性薄膜的变化趋势以及其对应的电感变化趋势；图9是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器负向弯曲时铁磁性薄膜的变化趋势以及其对应的电感变化趋势；图
10
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器的电感随弯曲角度的变化曲线图；图
11
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器的电感随着弯曲和释放两个过程的电感变化曲线图；图
12
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器每弯曲增加1°
或者减少1°
所对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
13
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器进行
50000
次长周期循环后的电感变化量图；图
14
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器设置在亚克力板上时不同弯
曲角度对应的电感变化量的曲线图；图
15
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器设置在气动手指上的具体位置图以及气动手指发生主动弯曲时弯曲形态的变化图；图
16
是根据本专利技术的一种实施例的气动手指发生主动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
17
是根据本专利技术的一种实施例的手动驱使气动手指发生被动弯曲时弯曲形态的变化图；图
18
是根据本专利技术的一种实施例的气动手指发生被动弯曲时弯曲形态对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
19
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器设置在腕关节处的具体位置图；图
20
是根据本专利技术的一种实施例的随腕关节上下弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
21
是根据本专利技术的一种实施例的随腕关节左右弯曲的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
22
是根据本专利技术的一种实施例的双向弯曲传感器设置在手腕动脉处的具体位置图；图
23
是根据本专利技术的一种实施例的随脉搏的变化对应的双向弯曲传感器的电感的变化曲线图；图
24
是根据本专利技术的一种实施例的随脉搏的变化对应的频谱数据图；图
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，包括：铁磁性薄膜，包括含有空气间隙的裂纹，所述裂纹根据被测对象发生的应变，以使所述空气间隙放大或缩小，从而使所述铁磁性薄膜的磁阻发生变化；柔性线圈薄膜，与所述铁磁性薄膜粘接，所述柔性线圈薄膜包括柔性线圈，所述柔性线圈适用于在所述被测对象发生的应变的过程中产生电感，其中，测量得到的电感值用于表征磁场在空间的积分量，所述磁场基于所述柔性线圈的变形以及因所述磁阻发生变化而产生，所述电感值用于测量所述被测对象的曲率
。2.
根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述电感的变化由所述铁磁性薄膜的所述空气间隙的平均值变化从而引起的等效磁阻变化确定
。3.
根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述铁磁性薄膜包括：弹性膜，设置在所述铁磁性薄膜上，所述弹性膜适用于密封保护所述铁磁性薄膜的颗粒或者碎片
。4.
根据权利要求3所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器，其特征在于，所述铁磁性薄膜还包括：粘接层，设置在所述铁磁性薄膜和所述柔性线圈薄膜之间，所述粘接层适用于粘连所述铁磁性薄膜和所述柔性线圈薄膜
。5.
根据权利要求1所述的基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪波，彭玉连，王正岩，吴后平，常新新，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：