[发明专利]一种柔性集成传感器及同时测量温度、压力和介质的方法

说明书

本发明公开了一种柔性集成传感器及同时测量温度、压力和介质的方法，包括电路板和压力敏感材料，所述电路板为双面板，电路板的一面设有温度传感器和材质识别传感器，所述电路板的另一面上设有叉指电极；在使用过程中，温度传感器和材质识别传感器和待测物体接触，压力敏感材料和叉指电极接触，所述压力敏感材料和叉指电极构成力传感器。本发明同一传感器即能够完成多种物理量的测量，从而减少使用传感器的种类和数量，节约成本，而且本发明中的柔性集成传感器结构简单，部件较少，装置体积小，适用多种测量环境。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体属于一种柔性集成传感器及同时测量温度、压力和介质的方法。

背景技术

传感器技术是人类获取外界信息的重要手段，它与计算机技术与通信一起被称为信息技术的三大支柱。传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转化成可用信号，是系统感知外界环境的必要组成部分。

物体的温度是表征物体冷热程度的重要物理量，温度越高，物体越热。力能够使物体发生形变，在生产生活中经常需要测量力的大小。介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的重要数据。介电常数是材料的本质属性，不同材料具有不同的介电常数，能够通过测量介电常数实现材质识别。

在机器人操作等领域，常常需要测量包括温度、力和材质在内的多种参数，目前基本都采用多个独立的传感器来分别测量各个物理量，需要多种传感器的数量和种类，成本较高，测量效率低下。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种柔性集成传感器及同时测量温度、压力和介质的方法，解决目前传感器的测量功能单一，集成程度低，需要多种传感器实现多种测量目的，成本较高问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柔性集成传感器，包括电路板和压力敏感材料，所述电路板为双面板，电路板的一面设有温度传感器和材质识别传感器，所述电路板的另一面上设有叉指电极；

在使用过程中，温度传感器和材质识别传感器和待测物体接触，压力敏感材料和叉指电极接触，所述压力敏感材料和叉指电极构成力传感器。

进一步的，所述压力敏感材料的面积小于电路板的面积，在电路板连接在安装表面时，电路板完全覆盖压力敏感材料。

进一步的，温度传感器和材质识别传感器在水平方向上与叉指电极重叠。

进一步的，所述电路板采用柔性高分子材料制备，所述压力敏感材料为柔性压力敏感材料。

进一步的，电路板和压力敏感材料的厚度为20-100μm，所述温度传感器、材质识别传感器和叉指电极的厚度为10-20μm。

进一步的，所述温度传感器为金属导体，所述材质识别传感器包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极均连接在电路板的一面上。

进一步的，所述金属导体、第一电极、第二电极以及叉指电极由金、银、铝和铂中的一种制成。

本发明还提供一种柔性集成传感器的同时测量温度、压力和介质的方法，包括以下过程：

将压力敏感材料放置在安装表面，电路板覆盖压力敏感材料并和安装表面连接；

待测物体放置在电路板上，电路板经待测物体施压变形，电路板挤压压力敏感材料；

根据温度传感器和材质识别传感器得到待测物体的温度和材质，测量力传感器的电阻，得到柔性集成传感器所受力，测得电阻根据下式进行转换：

R_f＝g(F)

式中：R_f为力传感器的电阻，F为柔性集成传感器所受力。