[发明专利]一体化IPMC感知结构的柔性仿生侧线传感器

说明书

本发明公开了一体化IPMC感知结构的柔性仿生侧线传感器，包括一体化IPMC感知结构、柔性上基底膜、柔性下基底膜、固定圆台、感觉顶。一体化IPMC感知结构的底部以夹层结构形式被贴附在柔性上基底膜和柔性下基底膜之间，一体化IPMC感知结构的垂直纤毛状结构的上部分和下部分分别被所述感觉顶包覆连接和固定圆台中心通孔套穿到底部，且与一体化IPMC感知结构的底部感知单元的表面固定连接。本发明采用综合性能较优的智能材料IPMC作为感知结构，工艺简单易行，还能实现流速和流向的感知，方便任意贴附于不同形状表面的水下航行器上，增强了对复杂形状表面的海洋装备的适应性和实用性。

技术领域

本发明涉及水下传感器领域，特别是涉及一体化IPMC感知结构的柔性仿生侧线传感器。

背景技术

近年来，随着国内外对经略海洋力度的加大，迫切需要发展军民两用的新型海洋装备，水下仿生机器人逐渐成为科学研究热点之一，但其基于传统声呐或视觉系统感知时非常容易受到环境影响，存在探测盲区等，因此，开发新型水下传感器迫在眉睫。侧线是鱼类和幼年两栖动物特有的一类感觉器官，能够感知复杂生物环境中的水流等动态变化，通过解析流场刺激信息的变化对周围环境和目标进行感知，对其生殖、捕食、避敌、集群和洄游等行为有着其重要的意义。目前受侧线器官流动感知能力的启发，许多研究者基于不同的传感机制，包括光学、压阻、电容、压电等，开发了各类仿生侧线传感器。这些传感器均有各自的优点，也存在着一定的不足，比如光学传感器灵敏度高，具有非接触和非破坏性测量等优势，但容易受到海水浑浊度、光线等的影响；压阻的分辨率高、频率效应好，但由于固有的交叉温度引起的热漂移对传感器的精度和灵敏度有很大的影响；电容式传感器具有功耗低、温度稳定性好、动态响应能力强等优点，但输出阻抗高，边缘效应的存在对传感器性能影响较大，灵敏度降低；压电式传感器具有信噪比高、结构简单，缺点是电荷存在泄漏和需要包装防潮才能使用等。虽然仿生侧线越来越受到人们的关注，但由于受到制造工艺、材料缺陷或结构设计等多种因素的限制，仿生侧线的研究仍处于起步阶段。

离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer–metal composite，IPMC)是一种典型的柔性智能材料，由聚合物基膜和外部两层电极构成，机械变形促使其内部离子的不平衡迁移从而产生相应的电压响应，其离子传感机理和鱼类侧线感知机理非常相似，并且其内部含有水分子等，非常适合应用于水下环境。IPMC还具有质量轻、柔韧性好、易于一体化成型等独特优点，针对水下环境而言，其综合性能较好，在仿生侧线领域中具有一定的应用潜力。目前基于IPMC的仿生侧线传感器设计均为片状结构，需要通过多片组装才能实现流速流向检测，另外，其结构为刚性底座结构，无法更好地安装在复杂形状表面的海洋装备上，因此设计一体化IPMC感知结构的柔性仿生侧线传感器对于水下装备探测研究具有一定的积极意义。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构及制作简单、适应于水下环境、能够感知流速流向，且适合安装在复杂表面海洋装备上的柔性仿生侧线传感器。

为实现上述目的，本发明提出一体化IPMC感知结构的柔性仿生侧线传感器，包括一体化IPMC感知单元结构、柔性上基底膜、柔性下基底膜、固定圆台、感觉顶。所述一体化IPMC感知结构的底部以夹层结构形式被贴附在所述柔性上基底膜和所述柔性下基底膜之间，所述固定圆台套穿过所述一体化IPMC感知结构的上部垂直纤毛状结构，并且所述固定圆台底面与所述一体化IPMC感知结构的底部IPMC感知单元上表面通过强力胶固定连接，所述一体化IPMC感知结构的上部垂直纤毛状结构沿顶端往下六分之五部分被所述感觉顶包覆连接。