基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，涉及传感技术领域，其包括：感知模块

【技术实现步骤摘要】
基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器


[0001]本专利技术涉及传感
，特别是涉及一种基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器
。

技术介绍

[0002]人体内的感觉
、
神经系统的发现，是过去半个世纪以来最令人兴奋的发现之一
。
感觉和神经系统是生物与周围环境进行信息交流的重要媒介，感觉系统将外部刺激转换为可在神经系统中传输的电信号，大脑对电信号进行识别和解析，以帮助人类实现诸如触觉
、
温度
、
味觉之类的感知
。
对感觉
、
神经系统的研究和模仿推动着人工感知
、
传输神经装置的不断创新
。
[0003]为了模仿感觉和神经系统的功能，研究人员进行了大量的研究工作，一些仿生人工神经系统专注于模仿生物感觉系统来检测力的幅度，然而，它们中很少能检测到外部机械刺激的位置
。
传统的仿生神经装置为了感知机械刺激的位置通常由具有
M
×
N
×2电极阵列的传感元件阵列组成，但诸多离散元件集成带来的复杂的结构
、
杂乱的线路和能耗的增加极大的限制了它的应用
。
为了避免众多分布式电子元件的使用，其它研究人员以石墨和纸基板为材料，提出了一种具有独立电气双层结构的一体化仿生人工神经，有效地整合了感知
、
识别和传输的功能，但这些装置不可避免地依赖于外部电源，这可能会牺牲灵活性
、
增加重量
。
尽管已经取得了大量的研究成果，然而，大多数报道的仿生感觉和神经系统存在复杂的结构
、
错综复杂的互连和高能耗等缺陷，限制了其进一步的应用，开发低能耗，甚至零能耗且具有简单结构的仿生感觉和神经系统仍然面临挑战
。
[0004]电力电缆产生的工频电磁场
(50/60Hz)
遍及现代生活和工作环境的各个角落，并且一直以来被认为是一种负面效应，往往通过电气隔离
、
滤波电路和数字滤波等技术途径来避免工频电场造成的影响，尚未得到有效的重视和利用
。
[0005]综上所述，在自驱动传感领域，迫切需要一种集成感知
、
识别和传输功能的自驱动仿生触觉感知系统，以避免诸多离散元件的使用，简化传统设备不同元件之间的信息转换
、
传输和处理过程
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，只需要两个接口便可以检测多个像素，无需电池供电，具有制备简单
、
成本低
、
响应快速
、
形状自适应强
、
传感机制简单和抗干扰能力强等优点
。
[0007]一种基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，其包括：感知模块
、
第一采集模块
、
第二采集模块和处理器；
[0008]所述感知模块包括基底层和设置在所述基底层上的碳基电阻层；所述碳基电阻层的第一端作为第一电极，所述碳基电阻层的第二端作为第二电极；
[0009]所述感知模块设置在电线和电器设备产生的工频电场中，所述工频电场为所述感
知模块供能；
[0010]当在所述感知模块上施加手指触摸的机械刺激时：
[0011]人体
、
电线和电器设备
、
大地
、
所述感知模块
、
所述第一采集模块和所述第二采集模块之间形成环路，所述感知模块上产生位移电流，模拟受到机械刺激时神经元效应靶细胞产生突触后电位；碳基电阻充当神经纤维和脊髓，将所述位移电流传输到所述感知模块的两端；
[0012]所述第一采集模块用于读取所述第一电极的电压值并发送至所述处理器；
[0013]所述第二采集模块用于读取所述第二电极的电压值并发送至所述处理器；
[0014]所述处理器充当大脑，根据所述第二电极的电压值与所述第一电极的电压值的比值，结合内置的各单位阻值的电压比数据，得到触摸点位置
。
[0015]可选地，所述基底选用打印纸，所述感知模块采用以下方式获得：
[0016]将打印纸裁剪成设定形状尺寸，得到所述基底层；
[0017]使用中性笔在所述基底层上绘制需求的封闭空心图案；所述封闭空心图案为长方形
、
圆形或正方形；
[0018]使用中性笔在所述封闭空心图案上进行绘画，使所述封闭空心图案完全充满墨水；
[0019]室温下自发干燥，得到所述碳基电阻层
。
[0020]可选地，所述工频电场
、
所述感知模块
、
人体
、
所述第一采集模块和所述第二采集模块之间耦合作用的等效电路图包括：第一电容
、
第二电容
、
第三电容
、
开关
、
电源
、
第一电阻
、
第二电阻和第三电阻；
[0021]所述第一电容的第一端与所述电源的第一端连接；所述第二电容的第一端与所述电源的第二端连接；
[0022]所述开关的第一端分别与所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端连接；
[0023]所述开关的第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接；
[0024]所述第三电阻的第一端分别与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端连接；
[0025]所述第三电容的第一端与所述第三电阻的第二端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述电源的第二端连接且接地；
[0026]所述第一电容为电线和电器设备与人体之间产生的耦合电容，所述第二电容为人体与大地之间的耦合电容，所述第三电容为所述第一采集模块和所述第二采集模块的浮地端和大地之间的耦合电容；
[0027]所述第一电阻为触摸位置与所述感知模块的第一端之间的等效电阻，所述第二电阻为触摸位置与所述感知模块的第二端之间的等效电阻，所述第三电阻为所述第一采集模块和所述第二采集模块的等效隔离电阻
。
[0028]本专利技术的效果如下：
[0029]本专利技术基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，受生物的感觉
、
神经系统的启发，仅通过两个接口便可以检测多个像素，传感机制简单，在单个设备中实现了对外部刺激的感知
、
识别和传输功能，避免普通设备由于众多传感元件集成存在的诸多问题，如：错综复杂的互连
、
复杂的结构和信号传输的干扰等
。
[0030]本专利技术基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，利用日常生活中的电线和电器设备产生的低频电场作为能量来源，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，其特征在于，其包括：感知模块
、
第一采集模块
、
第二采集模块和处理器；所述感知模块包括基底层和设置在所述基底层上的碳基电阻层；所述碳基电阻层的第一端作为第一电极，所述碳基电阻层的第二端作为第二电极；所述感知模块设置在电线和电器设备产生的工频电场中，所述工频电场为所述感知模块供能；当在所述感知模块上施加手指触摸的机械刺激时：人体
、
电线和电器设备
、
大地
、
所述感知模块
、
所述第一采集模块和所述第二采集模块之间形成环路，所述感知模块上产生位移电流，模拟受到机械刺激时神经元效应靶细胞产生突触后电位；碳基电阻充当神经纤维和脊髓，将所述位移电流传输到所述感知模块的两端；所述第一采集模块用于读取所述第一电极的电压值并发送至所述处理器；所述第二采集模块用于读取所述第二电极的电压值并发送至所述处理器；所述处理器充当大脑，根据所述第二电极的电压值与所述第一电极的电压值的比值，结合内置的各单位阻值的电压比数据，得到触摸点位置
。2.
根据权利要求1所述的基于电线和电器设备产生的工频电场的仿生触觉传感器，其特征在于，所述基底选用打印纸，所述感知模块采用以下方式获得：将打印纸裁剪成设定形状尺寸，得到所述基底层；使用中性笔在所述基底层上绘制需求的封闭空心图案；所述封闭空心图案为长方形
、
圆形或正方形；使用中性笔在所述封闭空心图案上进行绘画，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国梁，何小龙，刘桂江，巴凯先，陈馨，陈春昊，王源，任旺，邹文鹏，俞滨，孔祥东，韩志武，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：