[发明专利]一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于柔性电容式传感器的质量测量装置。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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；

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。

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。

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。

进一步的，聚氨酯海绵孔径参数为60PPI。

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。

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。

进一步的，导电橡胶材质中炭黑的质量分数为13％。

本发明具有有益效果：

本发明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