高灵敏度柔性多层等强度梁式力/位移传感器设计及传感理论研究

针对目前柔性传感器大多数结构为薄膜形式,不利于法向集中力与位移同时测量的问题,设计并制备了一种基于多层离子皮肤(柔性电容传感片)的等强度梁式传感器. 该触觉传感器由多层离子皮肤和等强度梁构成. 当梁的自由端接触被测物时,传感器可以将力或位移转化为输出的电容信号来进行法向接触力或位移的测量. 建立了传感器电容变化量与梁自由端力/位移关系的传感理论模型,并通过力/位移加载试验对传感理论模型进行验证. 试验结果表明,传感器的传感理论模型与试验结果吻合较好,当传感器具有四层结构时,对力/位移测量的灵敏度分别为1.855 mN/pF和0.
694 mm/pF. 所能测得最小力为0.02 mN,最小位移为0.01 mm,同时该传感器表现出良好线性度(R²=0.994). 该传感理论模型可为此类传感器的设计提供理论依据,在柔性机器和医疗健康检测等领域具有良好的应用前景.