[发明专利]电容式触觉传感器

说明书

本发明属于传感器技术领域，具体为电容式触觉传感器。本发明包括单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力；其中，触觉传感器单元由两个电容元件和一层分割层组成；采集单元包括信号发生器、前置放大器、预屏蔽信号的过滤器、最终放大器、电压电平转换器；信号发生器包括一个振荡器模块；单细胞电容式触觉传感器输出进入前置放大器；输入参考信号由信号发生器中振荡器模块传送，然后通过转换器直接进行信号转换；通过序列滤波后的信号通过最终放大器放大，获得更稳定的适当幅度水平；最后信号由电压电平转换器转换和控制后输出。本发明能够广泛用于在人体活动监测领域中。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及电容式触觉传感器。

背景技术

现有市场和科研领域有很多不同的压力检测方法，例如，通过电阻变化测量压力值，如应变仪和FSR，压电效应，电容式压力传感器。它们的主要问题是没有压力系统作为一个整体系统的所有优点。应变片传感器是非常精确的，但通常容易损坏、价格昂贵，很难或不可能在实验室开发。FSR是一个便宜而且相对准确的传感器，但是它不是线性的，在一段时间的压力下，值会发生变化，此外，它没有很好的耐久性，不适合长期使用。通过压电效应工作的PVDF或传感器也非常精确，但不能测量恒压;而且价格昂贵，不可能在实验室里制造或改变传感器的结构。如前所述，市场上或研究实验室中存在的传感器在精度、耐用性、价格以及在易于使用和开发等方面并不具备所有的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量压力范围大、测量精度高、成本低的电容式触觉传感器。

本发明提供的电容式触觉传感器，是通过电容效应直接测量物理压力的装置，可在实验室，医院和研究中心等，用于评估人类活动。而且，还可以设计基于本发明的新诊断集成系统。

本发明提供的电容式触觉传感器，包括：两个基本单元：单细胞电容式触觉传感器单元和采集单元，这两个部件相互配对，用于测量实验室设备和日常物品中使用的压力。

其中，所述触觉传感器单元的结构参见图1所示，由两个电容元件和一层分割层组成；第一电容元件1由保护层2、导电层3、弹性去电材料层4和导电层5由上至下安装组成，作为惠斯通电桥图7支腿之一；第二电容元件11由导电层7、弹性去电材料层8、导电层9、保护层10由上至下安装组成，作为惠斯通电桥另一支腿；两个电容元件中间由分隔层6结合。

其中，4个导电层3、5、7、9采用由金属或碳制成，作为电容板；2个 保护层2 、10采用非导电材料，用于保护传感器；2个弹性去电材料层4、8的材料为弹性介电材料，作为传感器中的压力阻滞剂；分隔层6采用非导电材料，用于分隔两个电容元件。

所述采集单元结构参见图5所示，包括信号发生器27、前置放大器28、预屏蔽信号的过滤器29包括低通滤波器29-a，高通滤波器29-b、最终放大器30、电压电平转换器31；单细胞电容式触觉传感器26输出进入前置放大器28，以增加幅度并获得更稳定的信号，并且如相关图中所提到的，通过前置放大器28可以预放大幅度；因为本发明系统是基于传感器板的电容效应来测量压力，所以输入参考信号必须是由信号发生器中振荡器块传送，振荡的幅度和频率将通过信号发生器27中振荡器块的幅度控制和频率控制功能来改变。然后通过转换器直接进行信号转换；低通滤波器29-a专用于消除高频因子，高通滤波器29-b专用于消除输出信号的偏移偏置。通过序列滤波后的信号通过最终放大器30放大，获得更稳定的适当幅度水平；最后，信号电压转换器31将控制输出信号，避免信号的不稳定和失去控制。

本发明中，所述电容器单元在X、Y、Z轴面上的图形化结构（三维结构外形图示）如图2所示。其中，传感器电极12-b包括四个单独的电极，其中两个中间电极彼此非常接近，并通过薄层分离。

本发明中，如通常传感器类似，每个触觉传感器单元具有一个外板和一个内板，外板用于输入信号，并且彼此靠近的内板用于输出信号。