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专利号: 2016105302562
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种柔性指尖压力传感器的制作方法,主要包括传感器主体、圆柱形孔洞、引线口A、引线口B、引线A和引线B,其特征在于:传感器主体是材质为人体硅胶的中间弹性体,在传感器主体的内部设有圆柱形孔洞,在全部圆柱形孔洞内部设有液态导电金属溶液,圆柱形孔洞规则排布为阵列,排列在第一行的圆柱形孔洞,除第一个和最后一个圆柱形孔洞,其他的相邻的两两圆柱形孔洞之间通过金属片相连,排列在最后一行的圆柱形孔洞,相邻的两两圆柱形孔洞之间通过金属片相连,排列在第一行的第一个和最后一个圆柱形孔洞,分别设有引线口A和引线口B,引线口A处引出引线A,引线口B处引出引线B,柔性指尖压力传感器的检测方式为:在柔性指尖压力传感器上表面受到压力后,将使人体硅胶本体压缩形变,圆柱形孔洞内液态导电金属溶液对人体硅胶本体力作用几乎为零,其液态导电金属溶液形状将随着人体硅胶本体压缩而压缩,将人体硅胶本体简化为一个弹性模量E微变的弹性体,将手指对传感器的作用力简化为中央至边缘逐步减少的应力函数σz(xi,yi),根据线弹性断裂力学,圆柱形孔洞高度变化量2

Δhi=4(1‑v)rσz(xi,yi)/E

式中,i为第i个孔洞,Δhi为第i个圆柱形孔洞高度变化量,v为人体硅胶本体泊松比,r为圆柱形孔洞半径,σz(xi,yi)为应力函数,x为x轴向,y为y轴向,z为z轴向,E为弹性模量,要使液态导电金属溶液体积的压缩需要大压力,在此应用场合,传感器受力时,液态导电金属溶液的体积V几乎不变,等于取微孔横截面积Si=V/(h‑Δhi)

式中,i为第i个孔洞,S为微孔横截面积,V为孔洞内液态导电金属的体积,h为孔洞的高度,Δh为传感器受压时孔洞高度的变化值,此圆柱形孔洞电阻式中,i为第i个孔洞,Ri为圆柱形孔洞电阻,ρ为液态导电金属溶液电阻率,h为孔洞的高度,V为孔洞内液态导电金属的体积,v为人体硅胶本体泊松比,r为圆柱形孔洞半径,σz为应力函数,x为x轴向,y为y轴向,z为z轴向,E为弹性模量,柔性指尖压力传感器引线A和引线B之间总电阻为各个圆柱形孔洞电阻之和

式中,i为第i个孔洞,n为圆柱形孔洞电阻的数量,ρ为液态导电金属溶液电阻率,h为孔洞的高度,V为孔洞内液态导电金属的体积,v为人体硅胶本体泊松比,r为圆柱形孔洞半径,σz为应力函数,x为x轴向,y为y轴向,z为z轴向,E为弹性模量,用信号处理模块检测引出的引线A和引线B之间电阻值R,再根据具体实际标定出各个圆柱形孔洞电阻力协调系数ki,得出外力与电阻的公式关系

式中,i为第i个孔洞,n为圆柱形孔洞电阻的数量,F为外界力大小,ρ为液态导电金属溶液电阻率,h为孔洞的高度,V为孔洞内液态导电金属的体积,v为人体硅胶本体泊松比,r为圆柱形孔洞半径,E为弹性模量。

2.根据权利要求1所述的一种柔性指尖压力传感器的制作方法,其特征在于:制备方法采用分部成型,先成型中间弹性体,然后成型底层,再成型顶层,最后注入导电金属溶液,(1)中间弹性体的成型:制备成型用模子,模子为中空的方形壳体,在模子上部和下部均设有盖,盖上开有拉线用微孔及用于成型凹槽的凸台,按照微孔位置竖直拉扯金属线;成型用人体硅胶为双组份室温硫化硅橡胶,按照1:1的比例调配,浇铸至所述的模子空腔中,负一个大气压下抽离其内部气泡,时间一分钟;最后,脱模,抽离金属线;(2)底层的成型:中间弹性体底层有放置金属铜片的槽形凹槽,将金属铜片贴入后,再将中间弹性体置入模子,将金属铜片与中间弹性体浇铸成为浇铸层A,脱模;(3)顶层的成型:中间弹性体顶层同样有放置金属铜片的槽形凹槽,将金属铜片贴入后,引出引线C和引线D,将金属铜片、引线C、引线D与弹性体浇铸成为浇铸层B,脱模;(4)注入导电金属溶液:利用微孔注射装置,将导电金属溶液注入其中一端引线处,在另一引线端处,利用微孔注射装置抽取空气,直至圆柱形孔洞内无气体,将注射装置破损的表面浇铸一层人体硅胶,脱模,修整。