一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，由上至下依次包括上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下柔性基底层；上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下极板层依次排列之后在四周涂覆胶层，边缘弹性连接；所述上极板和下极板为采用炭黑填充硅橡胶制备的导电橡胶材质，通过使上下极板层之间极距发生变化，从而改变电容，通过外接电路，把物体给极板的压力即重力转换为质量，并通过将传感器设计为阵列形式，增加检测物体的接触面积。硅橡胶为电介质基体和炭黑为导电粒子制备的导电橡胶，可以大大增加检测的准确性，可以检测细微极距变化。可以检测细微极距变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置。

技术介绍

[0002]根据工作原理的不同，触觉传感器可分为电阻式、电容式、光电式和电感式等几类。电容式触觉传感器与其他传感器相比的主要优势是体积小、低噪声、低温漂、高灵敏度、响应特性好和易于大面积触觉感知等，具有很高的实用价值，广泛的用于人工电子皮肤领域。变极距式电容式触觉传感器的原理是通过受力使极板间相对位移发生变化，从而使电容发生变化，通过检测电容的变化来测量输入的力的大小。
[0003]在近几年的研究中，将导电粒子分散到电介质基体中构成电容复合电介质材料体系逐渐引起广泛的关注。例如，在电介质基体中均匀填充导电炭黑、金属微粒等，利用复合电介质的介电性能随导电粒子在电介质基体中含量不同所产生的＂渗流效应＂，改变复合材料的导电性能并提高电容器的介电常数。一般来说金属微粒存在价格昂贵、抗氧化性比较差和在聚合物中不易分散的缺点。由于碳系导电填料种类丰富，具有不易被氧化，可保证高分子材料的物理性能和机械性能且稳定性优于金属系列等优点，可作为一种复合导电填料与硅橡胶或PDMS并用制备不同介电常数的导电橡胶。由此导电橡胶可以用来制备电容式触觉传感器(柔性电容式触觉传感器)，受外界力作用时弹性电介质会发生压缩，导致弹性电介质体积发生变化，同时柔性电容式触觉传感器可等效为平行板电容其上下极板间距亦减小，两者协同作用使柔性电容式触觉传感器的输出电容值增加，正是基于这种协同作用机制使得该柔性电容式触觉传感器在小量程范围内具有较高的灵敏度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置。
[0005]本专利技术解决上述问题的技术方案为：一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，由上至下依次包括上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下柔性基底层；上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下极板层依次排列之后在四周涂覆胶层，边缘弹性连接；
[0006]所述上极板和下极板为采用炭黑填充硅橡胶制备的导电橡胶材质。
[0007]进一步的，所述上柔性基底层和下柔性基底层采用聚酰亚胺聚合物。
[0008]进一步的，所述柔性电介质层采用聚氨酯海绵，其中孔径参数为30
‑
70PPI。
[0009]进一步的，聚氨酯海绵孔径参数为60PPI。
[0010]进一步的，上极板和下极板分别将导电橡胶材质采用丝网印刷工艺均匀平行铺设于上柔性基底层和下柔性基底层表面形成上电极层和下极板层。
[0011]进一步的，导电橡胶材质的制备方法为将炭黑置入塑料试管中加入适量分散剂，
将炭黑悬浮液置于磁力搅拌机搅拌40分钟后加入相应质量的硅橡胶后继续搅拌,待导电填料与硅橡胶均匀填充后固化。
[0012]进一步的，导电橡胶材质中炭黑的质量分数为13％。
[0013]本专利技术具有有益效果：
[0014]本专利技术提供了一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，通过使上下极板层之间极距发生变化，从而改变电容，通过外接电路，把物体给极板的压力即重力转换为质量，并通过将传感器设计为阵列形式，增加检测物体的接触面积。硅橡胶为电介质基体和炭黑为导电粒子制备的导电橡胶，可以大大增加检测的准确性，可以检测细微极距变化。
具体实施方式
[0015]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0016]一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，由上至下依次包括上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下柔性基底层；上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下极板层依次排列之后在四周涂覆胶层，边缘弹性连接。
[0017]所述上柔性基底层和下柔性基底层采用聚酰亚胺聚合物；
[0018]所述上极板和下极板为采用炭黑填充硅橡胶制备的导电橡胶材质，其中炭黑的质量分数为13％，以硅胶作为电介质基体，炭黑作为导电颗粒，具体为：将炭黑置入塑料试管中加入适量分散剂，将炭黑悬浮液置于磁力搅拌机搅拌40分钟后加入相应质量的硅橡胶后继续搅拌,待导电填料与硅橡胶均匀填充后固化，然后分别采用丝网印刷工艺均匀平行铺设于上柔性基底层和下柔性基底层表面形成上电极层和下极板层，或者直接平铺设于上柔性基底层和下柔性基底层表面形成上电极层和下极板层，所述上极板层和下极板层分别连接导线；
[0019]所述柔性电介质层采用聚氨酯海绵，其中孔径参数为60PPI；
[0020]本实施例中，上极板和下极板的尺寸为250mmx250mm，上极板和下极板之间的距离为3mm，制备之后的质量测量装置的高度为14mm。
[0021]上述质量测量装置的原理：
[0022]将质量测量装置、电阻串联进电路，放置在质量测量装置上的物品影响上极板层和下极板层之间的距离，从而影响质量测量装置的电容值，对于平行板电容器电容,其电容的大小取决于极板间的正对面积S,静电力常量K,极板间距d,以及介电层相对介电常数εr。传感器的电容可表示为:C＝ε0ε
r
S/d＝ε
rS
/4Πkd。其中Δd＝vΔt；v＝aΔt；a＝g；S＝r2；r为正方形极板的边长，r＝250mm；那么物体放置前后电容的变化量可以用公式表示为ΔC＝ε0ε
r
r2/4ΠkgΔt2，即为电容的变化量。
[0023]由公式可见，ΔC和Δt2成反比。由于在重物的作用下极板的位移与重物的质量成正比，因此极板之间的距离变化量与所加重物的质量成正比，即Δd＝αm。由Δd＝vΔt、v＝aΔt和a＝g可以推出αm1＝gΔt12，αm2＝gΔt22，由这两个可以推出m1/Δt
12
＝m2/Δt
22
。因
为ΔC和Δt2成反比，由此建立得到电容的变化量与物体的质量关系式m1ΔC1＝m2ΔC2。通过检测到电容的变化量ΔC和物体缓慢放置在极板上是极距发生变化所用时间Δt，可通过上式计算获得物体的质量m。先测的确定质量的物体，得到与之对应的ΔC和Δt。再测另一个未知质量的物体，只要测的它的ΔC和Δt其中的一个即可根据比例式m1ΔC1＝m2ΔC2或m1/Δt
12
＝m2/Δt
22
得出质量。
[0024]真空中的绝对介电常数为ε0为8.854
×
10
‑
12F/m，电极极板间聚氨酯海绵的相对介电常数ε
r
为3.977F/m，正方形极板的边长r为250mm，重力加速度g为9.8m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，其特征在于：由上至下依次包括上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下柔性基底层；上柔性基底层、上极板层、柔性电介质层、下极板层、下极板层依次排列之后在四周涂覆胶层，边缘弹性连接；所述上极板和下极板为采用炭黑填充硅橡胶制备的导电橡胶材质。2.如权利要求1所述的一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，其特征在于：所述上柔性基底层和下柔性基底层采用聚酰亚胺聚合物。3.如权利要求1所述的一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置，其特征在于：所述柔性电介质层采用聚氨酯海绵，其中孔径参数为30
‑
70PPI。4.如权利要求3所述的一种基于柔性电容式...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭立强，王伟琳，董钱，丁建宁，程广贵，张忠强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：