一種柔性多維力傳感器的制作方法

本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性傳感器。

背景技術(shù)：

隨著傳感器的發(fā)展，新型傳感器的開(kāi)發(fā)進(jìn)入日程，人們將賦予傳感器更多功能，希望傳感器更柔、更小巧、更靈敏、更智能、便于隨身檢測(cè)。因此新的技術(shù)及理念將引入新型傳感器的開(kāi)發(fā)中，而其中的柔性多維力傳感器將成為這發(fā)展中的一個(gè)重要分支。柔性多維力傳感器集新材料、新工藝、新設(shè)計(jì)于一體，可隨意扭曲拉伸，檢測(cè)多種外界信息量，可用于工業(yè)制造、醫(yī)療檢測(cè)、家居智能、穿戴設(shè)備、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。

在柔性多維力傳感器的研究上，通常采用大柔性金屬材料，或者硅基基底材料，或者柔性布料材料等利用光、電、磁等物理現(xiàn)象進(jìn)行研發(fā)。其研發(fā)方法多樣，效果各異，但其在抗拉扯性能上往往不滿足實(shí)際使用要求，柔度往往不夠，且往往在滿足柔性的要求時(shí)只能檢測(cè)單維力，因此面向于高柔性的多維力傳感器是研發(fā)人員研究的熱點(diǎn)。而大多數(shù)現(xiàn)有多維力傳感器在擁有大柔性的同時(shí)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝繁瑣，檢測(cè)理論錯(cuò)綜復(fù)雜，后期數(shù)據(jù)處理不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種柔度極大，可隨著外力任意扭曲，體積小巧，便于攜帶，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，易于加工的柔性多維力傳感器。

本實(shí)用新型主要包括傳感器主體、壓力傳感單元、連接件A、連接件B、連接件C、連接件D、連接件E、管道A、管道B、管道C、管道D、管道E、管道F、接引線A端口和接引線F端口。

其中，傳感器主體為柔性硅膠，在傳感器主體的內(nèi)部設(shè)有四個(gè)壓力傳感單元，四個(gè)壓力傳感單元十字排布在傳感器主體內(nèi)部。每個(gè)壓力傳感單元由五個(gè)連接件和六條管道組成。五個(gè)連接件均為固態(tài)金屬導(dǎo)體，傳導(dǎo)管道中液態(tài)金屬溶液傳導(dǎo)而來(lái)的電流的同時(shí)，把柔性多維力傳感器上表面的三維力傳至各個(gè)管道。五個(gè)連接件依次為連接件A、連接件B、連接件C、連接件D、連接件E。六條管道內(nèi)均設(shè)有液態(tài)金屬溶液，六條管道依次為管道A、管道B、管道C、管道D、管道E和管道F。以管道F為中心，管道A、管道B、管道C、管道D和管道E均與管道F平行，管道A、管道B、管道C、管道D和管道E呈圓周均勻排布。連接件A的兩端分別與管道A和管道B的下端相連，管道B的上端與連接件B的一端相連，連接件B的另一端與管道C的上端相連，管道C的下端與連接件C的一端相連，連接件C的另一端與管道D的下端相連，管道D的上端與連接件D的一端相連，連接件D的另一端與管道E的上端相連，管道E的下端與連接件E的一端相連，連接件E的另一端與管道F的下端相連，管道A和管道F的上端分別設(shè)有接引線A端口和接引線F端口。

柔性多維力傳感器上表面在受三維力加載時(shí)，各個(gè)管道的直徑和長(zhǎng)度發(fā)生變化，帶動(dòng)其中的液態(tài)金屬溶液產(chǎn)生形變，使其在長(zhǎng)度方向的電阻發(fā)生改變，在其引線兩端通以恒定電流，接引線A的端口和接引線F的端口間受力后電壓變化值分別為V₁，以此壓力傳感單元逆時(shí)針依次記其余壓力傳感單元受力后電壓變化值為V₂、V₃、V₄；

柔性多維力傳感器上表面為測(cè)力表面，以此表面建立坐標(biāo)軸，垂直于表面中心向上為Z軸，位于傳感器上表面與Z軸垂直且指向前側(cè)的軸為X軸，位于傳感器上表面與Z軸垂直且指向右側(cè)的軸為Y軸；

其所述的柔性多維力傳感器上表面受到的三維力為[F]，其解算公式為:[F]＝[K][V]，

上式中：其中[K]為各個(gè)壓力傳感單元對(duì)三維力的電壓協(xié)調(diào)系數(shù)，接引線A的端口和接引線F的端口間受力后電壓變化值分別為V₁，以此壓力傳感單元逆時(shí)針依次記其余壓力傳感單元受力后電壓變化值為V₂、V₃、V₄，通過(guò)標(biāo)定獲取。

本實(shí)用新型在使用時(shí)，下表面粘結(jié)安放于任何物件上，上表面與外界物體接觸按壓或按壓后施以平行移動(dòng)力時(shí)，將使傳感器產(chǎn)生電阻變化，通過(guò)解算公示得出傳感器與外界物件間相互作用的三維力。所述柔性多維力傳感器可安裝于機(jī)器手指尖、醫(yī)療末端力檢測(cè)端、人機(jī)交互等智能機(jī)電力檢測(cè)設(shè)備及其他諸多需要檢測(cè)多維力的場(chǎng)合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：采用的主體材料為柔性硅膠，其通體柔軟，可隨意扭曲，其硅膠抗酸堿，可用于各類酸堿、潮濕等特殊環(huán)境；傳感單元中微型管道的大小、長(zhǎng)度可隨實(shí)際要求設(shè)計(jì)，方便其量程及靈敏度的調(diào)整；傳感單元十字形排布，各維力在數(shù)據(jù)處理上方便、容易解耦；其微型管道內(nèi)注有液態(tài)金屬溶液，其形隨管道變化而變化，質(zhì)地柔軟，允許傳感器大尺度扭曲而不損傷檢測(cè)元件；其連通件為固態(tài)金屬導(dǎo)體，連通微型管道傳導(dǎo)電流的同時(shí)，將外力施加于傳感單元。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例中一種柔性多維力傳感器的示意圖；

圖2為本實(shí)施例中一種連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)：1-接引線A端口、2-管道B、3-連接件B、4-接引線F端口、5-管道C、6-連接件D、7-管道D、8-連接件C、9-管道E、10-連接件E、11-管道F，12-管道A、13-連接件A、14-傳感器主體，15-壓力傳感單元。

具體實(shí)施方式

在圖1和圖2所示的本實(shí)用新型的示意簡(jiǎn)圖中，傳感器主體14為柔性硅膠，在傳感器主體的內(nèi)部設(shè)有四個(gè)壓力傳感單元15，四個(gè)壓力傳感單元十字排布在傳感器主體內(nèi)部。每個(gè)壓力傳感單元由五個(gè)連接件和六條管道組成。五個(gè)連接件均為固態(tài)金屬導(dǎo)體，五個(gè)連接件依次為連接件A13、連接件B3、連接件C8、連接件D6、連接件E10。六條管道內(nèi)均設(shè)有液態(tài)稼銦錫合金，六條管道的長(zhǎng)度均為3.8mm，直徑大小均為0.16mm，六條管道依次為管道A12、管道B2、管道C5、管道D7、管道E9和管道F11。以管道F為中心，管道A、管道B、管道C、管道D和管道E均與管道F平行，管道A、管道B、管道C、管道D和管道E呈圓周均勻排布，圓周直徑為3.6mm。連接件A的兩端分別與管道A和管道B的下端相連，管道B的上端與連接件B的一端相連，連接件B的另一端與管道C的上端相連，管道C的下端與連接件C的一端相連，連接件C的另一端與管道D的下端相連，管道D的上端與連接件D的一端相連，連接件D的另一端與管道E的上端相連，管道E的下端與連接件E的一端相連，連接件E的另一端與管道F的下端相連，管道A和管道F的上端分別設(shè)有接引線A端口4和接引線F端口1。

柔性多維力傳感器上表面在受三維力加載時(shí)，各個(gè)管道的直徑和長(zhǎng)度發(fā)生變化，帶動(dòng)其中的液態(tài)金屬溶液產(chǎn)生形變，使其在長(zhǎng)度方向的電阻發(fā)生改變，在其引線兩端通以恒定電流，接引線A的端口和接引線F的端口間受力后電壓變化值分別為V₁，以此壓力傳感單元逆時(shí)針依次記其余壓力傳感單元受力后電壓變化值為V₂、V₃、V₄；

柔性多維力傳感器上表面為測(cè)力表面，以此表面建立坐標(biāo)軸，垂直于表面中心向上為Z軸，位于傳感器上表面與Z軸垂直且指向前側(cè)的軸為X軸，位于傳感器上表面與Z軸垂直且指向右側(cè)的軸為Y軸；

其所述的柔性多維力傳感器上表面受到的三維力為[F]，其解算公式為:[F]＝[K][V]

上式中：其中[K]為各個(gè)壓力傳感單元對(duì)三維力的電壓協(xié)調(diào)系數(shù)，接引線A的端口和接引線F的端口間受力后電壓變化值分別為V₁，以此壓力傳感單元逆時(shí)針依次記其余壓力傳感單元受力后電壓變化值為V₂、V₃、V₄，通過(guò)標(biāo)定獲取。