[实用新型]一种柔性三维接触力矩阵传感装置

说明书

技术领域：本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种应用于压力分布检测的接触力传感器。 

背景技术：压力分布检测可广泛的应用于汽车座椅舒适度分析，足部对地面压力分析，患者行走时的支撑力分析等领域。可在汽车及康复医疗领域利用分析的数据优化设计座椅形状，预测患者行走状态，改进患者康复训练策略。已有的国内200810018554.9公开了基于导电橡胶的柔性接触力矩阵传感器。导电橡胶材料是将炭黑、金属粉末等导电物质掺杂到橡胶中，外力变化改变分散在橡胶中导电粒子的密度从而改变电阻。其电阻变化呈非线性趋势，且在外力的影响下变化幅度较大，通常应用于开关量检测。 

实用新型内容：

本实用新型提出一种柔性三维接触力矩阵传感装置，其目的是解决以往的方式所存在的线性度差和可靠性低的问题。 

技术方案： 

一种三维接触力矩阵传感装置，其特征在于：该装置主要由上层柔性PCB连接板，下层PCB连接板，x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置构成；柔性PCB连接板位于装置的上端，工作时与外部施加力物体接触，下层PCB连接板设置在装置的下端，x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置设置在上层柔性PCB连接板与下层PCB连接板之间，x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置均为两块面状 结构搭接在一起的人字形屋脊状结构，x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的顶端均通过公共导线与上层柔性PCB连接板连接，x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的底端通过导电粘合剂固定在下层PCB连接板上；x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置之间排列方向为相互垂直的正交布置；在x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的内侧贴有ITO薄膜；x方向柔性导向装置与其内侧的ITO薄膜组成x方向柔性测力单元,y方向柔性导向装置与其内侧的ITO薄膜组成y方向柔性测力单元。 

多个x方向柔性测力单元排列在同一直线上组成x轴线测力部分，多个y方向柔性测力单元也排列在同一直线上组成y轴线测力部分，并且x轴线测力部分与y轴线测力部分正交排列，组成矩阵式测力结构，在该矩阵式测力结构中，x方向柔性测力单元与y方向柔性测力单元交替设置。 

x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置由硅胶制备，ITO薄膜通过普通粘合剂固定在x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置上。 

所有在同一直线上的x方向柔性测力单元和y方向柔性测力单元的顶端通过上层柔性PCB连接板连接在一起，并与后端信号调理单元连接。 

x方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置与下层PCB连接板之间的接触点与后端调理单元连接。 

公共导线为去绝缘皮铜线，公共导线与ITO薄膜连接。 

在ITO薄膜的顶端开有V型口。 

ITO薄膜的顶端形成两个接触点，两个接触点位于V型口两侧，两个接触点通过公共导线与上层柔性PCB连接板连接。 

上端左侧公共点，上端右侧公共点与相邻的ITO薄膜等效电阻组成一个测垂直于水平y方向测力单元及水平x方向测力单元；每两个底端接触点与相邻的ITO薄膜等效电阻组成一个垂直方向测力单元。 

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果体现在： 

1，本实用新型采用基于硅胶材料的柔性基板作为压力形变的材料，在槽的内部贴ITO薄膜。压力的变化引起ITO薄膜接触面的变化。此种方式可使得压力与传感器电阻的变化更趋于线性化，方便调理电路设计。 

2，本实用新型中柔性支持材料、ITO导电薄膜和柔性电路板均为弹性材料，允许按实际需求弯曲，其结构可以按照不同曲面弯曲检测不同曲面的三维接触力。 

3，本实用新型接触力检测通过若干个接触力检测单元组成，方便裁剪成不同面积的接触力传感器。 

4，本实用新型每个接触力检测单元都可以实现三维接触力解耦。即使是对针对曲面检测也可以实现对曲面切向方向的接触力检测。 

5，本实用新型通过调节槽形状，硅胶材料固化剂掺杂比例及薄膜切割V槽（14）角度，获得不同柔性基板受力形变量，适应性强。 

附图说明

图1为本实用新型的传感器三维结构示意图 

图2为本实用新型的传感器Y方向分解前视图 

图3电阻网络等效电阻俯视示意图 

图4电阻网络等效电阻侧视示意图 

图5传感器受到压力变化示意图 

图6ITO薄膜形状与导线位置示意图 

图7柔性导向装置模具三维示意图 

具体实施方式