[发明专利]一种柔性指尖压力传感器及其制作方法

摘要

一种柔性指尖压力传感器及其制作方法，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。本发明柔性指尖压力传感器柔度大，避免过度用力对传感器带来的损伤；避免人体汗液对传感器的损伤，提高其传感器的防护性能；提高了传感器使用寿命；制作方法简便，可通过调节金属丝的大小及中间弹性体的厚度，进而调节传感器的量程与灵敏度。

主权项

一种柔性指尖压力传感器及其制作方法，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σ_z(x_i,y_i)，根据线弹性断裂力学，圆柱形孔洞高度变化量Δh_i＝4(1‑v²)rσ_z(x_i,y_i)/E式中，i为第i个孔洞，Δh_i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，σ_z(x_i,y_i)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，近似取微孔横截面积S_i＝V/(h‑Δh_i)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，R_i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，σ_z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，σ_z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k_i。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。