一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法，压力传感器阵列包括透明基板和固化于所述透明基板上的微柱阵列；通过图像传感器捕捉按压所述微柱阵列时的图像，利用相应的图像处理算法计算所述压力传感器阵列的压力分布。本发明专利技术提供了一种基于视觉的压力传感器阵列，通过机器视觉实现压力传感，提出了非电学的基于机器视觉的阵列压力传感器设计，无需进行导线连接，克服了电学压力传感器的缺陷。

A vision based pressure sensor array and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法
本专利技术属于传感器
，尤其涉及一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法。
技术介绍
在设计智能机器人和假肢性能的过程中，实现稳定的压力阵列传感器十分关键。传统的柔性压力传感器主要基于压阻、电容器和压电效应。然而，基于这些原理的压力阵列传感器需要复杂的导线连接和制造工艺，导线连接易脆弱等不足问题；此外，基于电容器的压力传感器易受干扰，而压阻式传感器存在漂移问题。
技术实现思路
为克服上述现有问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于视觉的压力传感器阵列，包括透明基板和固化于所述透明基板上的微柱阵列；通过图像传感器捕捉按压所述微柱阵列时的图像，利用相应的图像处理算法计算所述压力传感器阵列的压力分布。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以进行如下改进。进一步的，所述透明基板为透明PDMS基板，所述微柱阵列为柔性材料Ecoflex制成的黑色微柱阵列。进一步的，所述图像传感器具体用于：捕捉按压所述微柱阵列时的图像，计算所述图像中变化的像素数占原始像素数的比率，得到所述微柱阵列的横截面积变化率，其中，所述横截面积变化率表征所述压力传感器阵列的压力分布。根据本专利技术实施例第二方面提供一种基于视觉的压力传感器阵列的制造方法，包括：将PDMS均匀涂覆于玻璃片上并加热到接近完全固化，形成接近完全固化的PDMS基板；将由激光钢网制成的具有孔阵列的模具放置于所述接近完全固化的PAMS基板上压实；将柔性材料Ecoflex注入所述模具的孔阵列中，并进行烘烤固化，形成烘烤固化后的模具；将腐蚀性溶液加入所述烘烤固化后的模具表面，剥离模具表面的所述激光钢网，并撤除掉所述玻璃片，形成压力传感器阵列。进一步的，所述将PDMS均匀涂覆于玻璃片上并加热到接近完全固化，形成接近完全固化的PDMS基板包括：将PDMS预聚物和PDMS固化剂以固定比例混合涂覆于玻璃片上，并放置于加热板上在第一固定温度下范围内加热至接近完全固化，形成接近完全固化的PDMS基板。进一步的，所述第一固定温度范围为90-120℃。进一步的，所述孔阵列中每个孔的厚度为0.3～0.5mm，半径为0.25～0.5mm，每相邻两个孔的间距为0.5～1mm。进一步的，所述将柔性材料Ecoflex注入所述模具的孔阵列中，并进行烘烤固化，形成烘烤固化后的模具包括：将黑色硅胶色膏和柔性材料EcoflexB先混合后再与柔性材料EcoflexA混合，充分搅拌后注入所述模具的各个孔内；将所述模具放置于第二固定温度范围下烘烤固定时长。进一步的，所述第二固定温度范围为100℃-400℃，所述固定时长为0.5小时以上。进一步，所述腐蚀性溶液为盐酸溶液或硫酸溶液或其他可以腐蚀模块金属的腐蚀性溶液。本专利技术实施例提供一种基于视觉的压力传感器阵列及其制造方法，通过机器视觉实现压力传感，提出了非电学的基于机器视觉的阵列压力传感器设计，无需进行导线连接，克服了电学压力传感器的缺陷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于视觉的压力传感器阵列的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的在微柱按压下微柱横截面积的相对变化示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于视觉的压力传感器阵列的制造方法流程图；图4为应用于脉冲测量的微柱横截面积变化示意图；图5-a为对不同字母的盲文识别结果示意图；图5-b为读盲文字母时的传感器阵列压力分布示意图。附图中，各标号所代表的部件名称如下：1、透明基板，2、微柱阵列，3、图像传感器。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。参见图1，提供了本专利技术一个实施例的基于视觉的压力传感器阵列，压力传感器阵列包括透明基板1和固化于透明基板上的微柱阵列2；通过图像传感3器捕捉按压所述微柱阵列2时的图像，利用相应的图像处理算法计算压力传感器阵列的压力分布。可以理解的是，传统的基于电学的压力传感器，比如，针对普通在柔性材料中掺杂导电物质如CNT、Graphene等的导电式传感器具有复杂和脆弱的电线连接，本专利技术实施例提供一种基于视觉的高密度压力传感器阵列，在透明基板1上固化微柱阵列2，形成压力传感器阵列。当检测压力时，通过按压微柱阵列2，并利用图像传感器3捕捉拍摄按压微柱阵列2是的图像，并根据捕捉的图像来计算压力传感器阵列的压力分布状况。本专利技术实施例提供的基于视觉的压力传感器阵列，通过机器视觉实现压力传感，提出了非电学的基于机器视觉的阵列压力传感器设计，无需进行导线连接，克服了电学压力传感器的缺陷，具有较高的灵敏度和较高的稳定度。在上述实施例的基础上，本专利技术实施例中，透明基板1为透明PDMS基板，微柱阵列2为柔性材料Ecoflex制成的黑色微柱阵列。可以理解的是，本专利技术实施例中的基板为透明基板1，采用的材料通常为PDMS，微柱阵列2为非透明材料，采用的材料通常为柔性材料Ecoflex，本专利技术实施例将透明材料和非透明材料结合起来。在上述各实施例的基础上，本专利技术实施例中，图像传感器3具体用于：捕捉按压微柱阵列2时的图像，计算图像中变化的像素数占原始像素数的比率，得到微柱阵列2的横截面积变化率，其中，横截面积变化率表征压力传感器阵列的压力分布。可以理解的是，本专利技术实施例中的压力传感器阵列为非电学式的压力传感器，当按压微柱阵列2时，采用图像传感器3对按压图像进行捕捉，根据图像计算压力传感器的压力分布状况。原理上，当施加不同的压力时，微柱的半径相应发生变化，通过集成在触觉传感器上的图像传感器3捕获实时图像(分辨率：1080P)，并通过图像处理算法计算压力分布。具体为，计算图像中变化的像素数(即微柱受到压力而改变的面积大小)占原始像素数的比率，得到微柱阵列2的横截面积变化率，其中，横截面积变化率表征压力传感器阵列的压力分布。本专利技术实施例提供的基于视觉的压力传感器阵列的性能稳定，图2为按压传感器时，微柱横截面积相对变化和所施加压力的关系图，展示了传感器在压力范围0～3.2kPa的性能，从图中看出，在低于1kPa的压力范围内，传感器具有0.25/kPa的灵敏度。参见图3，在本专利技术的另一个实施例中提供一种基于视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉的压力传感器阵列，其特征在于，包括透明基板和固化于所述透明基板上的微柱阵列；/n通过图像传感器捕捉按压所述微柱阵列时的图像，利用相应的图像处理算法计算所述压力传感器阵列的压力分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的压力传感器阵列，其特征在于，包括透明基板和固化于所述透明基板上的微柱阵列；
通过图像传感器捕捉按压所述微柱阵列时的图像，利用相应的图像处理算法计算所述压力传感器阵列的压力分布。


2.根据权利要求1所述的压力传感器阵列，其特征在于，所述透明基板为透明PDMS基板，所述微柱阵列为柔性材料Ecoflex制成的黑色微柱阵列。


3.根据权利要求1所述的压力传感器阵列，其特征在于，所述图像传感器具体用于：
捕捉按压所述微柱阵列时的图像，计算所述图像中变化的像素数占原始像素数的比率，得到所述微柱阵列的横截面积变化率，其中，所述横截面积变化率表征所述压力传感器阵列的压力分布。


4.一种基于视觉的压力传感器阵列的制造方法，其特征在于，包括：
将PDMS均匀涂覆于玻璃片上并加热到接近完全固化，形成接近完全固化的PDMS基板；
将由激光钢网制成的具有孔阵列的模具放置于所述接近完全固化的PAMS基板上压实；
将柔性材料Ecoflex注入所述模具的孔阵列中，并进行烘烤固化，形成烘烤固化后的模具；
将腐蚀性溶液加入所述烘烤固化后的模具表面，剥离模具表面的所述激光钢网，并撤除掉所述玻璃片，形成压力传感器阵列。


5.根据权利要求4所述的压力传感器阵列的制造方法，其特征在于，所述将PDMS均匀涂覆于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭霄亮，曹子美，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11