CN108489541B - 一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 - Google Patents
一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108489541B CN108489541B CN201810234655.3A CN201810234655A CN108489541B CN 108489541 B CN108489541 B CN 108489541B CN 201810234655 A CN201810234655 A CN 201810234655A CN 108489541 B CN108489541 B CN 108489541B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- humidity
- material layer
- artificial skin
- piezoelectric material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种人工皮肤,包括信号采集部分和后端电路,信号采集部分包括至少一个检测单元,检测单元包括自上而下依次设置的湿度敏感材料层、压电材料层和第一电极;压电材料层和湿度敏感材料层之间设置有具有热敏效应且具有间隔的第二电极和第三电极,第二电极、压电材料层和第一电极一起组成第一压力检测组,第三电极、压电材料层和第一电极一起组成第二压力检测组;第二电极、第三电极分别作为第一温度检测组、第二温度检测组;第二电极、第三电极及二者之间的湿度敏感材料一起组成湿度检测单元。本发明还公开了利用上述人工皮肤实现的检测压力、温度和湿度的方法。本发明结构简单、检测精确度高,适用于人工智能技术领域。
Description
技术领域
本发明属于人工智能技术领域,涉及一种人工皮肤,具体的说是一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法。
背景技术
随着机器人和电子医疗技术的高速发展,人工智能皮肤受到广泛的关注。人工智能皮肤是用功能性材料来模仿人体皮肤的产品。传统的人工智能皮肤大都采用传感器等电路结构采集信号,结构复杂不利于小型化和集成化,不宜扩展到大面积,并且检测灵敏度低、不具备智能检测功能。
公开号为CN 107374780的中国发明专利公开了一种人工智能皮肤及其检测温湿度和压力的方法,该项技术的人工智能皮肤的信号采集部分包括的层数太多,结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、检测精确度高的人工皮肤,本发明的另外一个目的是提供利用上述人工皮肤实现的检测压力、温度和湿度的方法。
本发明为实现上述目的,所采用的技术方案如下:
一种人工皮肤,包括信号采集部分和后端电路,所述信号采集部分包括至少一个检测单元,所述检测单元包括自上而下依次设置的湿度敏感材料层、压电材料层和第一电极;
所述压电材料层和湿度敏感材料层之间设置有具有间隔的第二电极和第三电极,所述第二电极和第三电极采用具有热敏效应的金属材料制成;
所述第二电极、压电材料层和第一电极一起组成第一压力检测组,第三电极、压电材料层和第一电极一起组成第二压力检测组;
所述第二电极作为第一温度检测组,第三电极作为第二温度检测组;
所述第二电极与第三电极通过边缘效应形成电容,第二电极和第三电极之间的湿度敏感材料作为介电层,三者一起组成湿度检测单元。
作为限定:所述第二电极和第三电极的结构完全相同。
一种检测压力、温度和湿度的方法,利用上述的人工皮肤来实现,该方法包括以下步骤:
一、在第二电极和第三电极上分别施加一直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号,在第二电极和第三电极两端施加一交流电流信号/交流电压信号;
二、当第二/三电极对应的人工皮肤外表面的压力发生变化时,压电材料层表面产生电荷,当第二电极/第三电极所对应的人工皮肤外表面的温度发生变化时,第二电极/第三电极的电阻率发生变化从而引起第二电极/第三电极的阻值发生变化,第一温度检测组/第二温度检测组将包含所述电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号输出至后端电路;当第二电极和第三电极所对应的人工皮肤外表面的湿度发生变化时,二者之间的湿度敏感材料层的介电常数发生变化从而引起湿度检测单元的电容的容值发生变化,湿度检测单元将包含所述电容值变化信息的交流电流信号/交流电压信号输出至后端电路;
三、后端电路收集步骤二中压电材料层表面产生的电荷并进一步处理形成交流模拟电信号,最后处理计算出其所对应的压力值;后端电路将所述含有电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号处理并计算出其所对应的温度值;后端电路将含有所述电容值变化信息的电流/电压信号处理并计算得出其所对应的湿度值。
本发明由于采用了上述的技术方案,其与现有技术相比,所取得的技术进步在于:
(1)本发明结构简单,检测精确度高;
(2)本发明采用第二电极和第三电极一方面用于组成温度检测单元,另一方面用于组成湿度检测单元,结构巧妙;
(3)本发明与现有的人工皮肤相比,简化了结构,厚度降低,不但使人工皮肤的柔性和弹性增加,用途更加广泛,还减小了成本,便于大批量生产;
(4)本发明还公开了利用上述人工皮肤实现的检测压力和温湿度的方法,该方法步骤简洁,易于实现,在人工皮肤技术领域具有开拓性。
本发明适用于人工智能技术领域。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
在附图中:
图1为本发明实施例1的纵切面结构示意图;
图2为本发明实施例2的横切面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1 一种人工皮肤
本实施例包括信号采集部分和后端电路,如图1和图2所示,信号采集部分包括至少一个检测单元,检测单元包括自上而下依次设置的湿度敏感材料层、压电材料层和第一电极;
压电材料层和湿度敏感材料层之间设置有具有间隔的第二电极和第三电极,第二电极和第三电极结构相同,二者均由具有热敏效应的金属材料制成;第二电极、压电材料层和第一电极一起组成第一压力检测组,第三电极、压电材料层和第一电极一起组成第二压力检测组;
第二电极作为第一温度检测组,第三电极作为第二温度检测组;第二电极与第三电极通过边缘效应形成电容,第二电极和第三电极之间的湿度敏感材料作为介电层,三者一起组成湿度检测单元。
本实施例可用于制作教学实验用具、智能机器人的外表皮肤,用于替换患者坏死的皮肤。
实施例2 一种检测压力、温度和湿度的方法
本实施例采用实施例1来实现,包括依次进行的以下步骤:
一、在第二电极和第三电极上分别施加一直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号,在第二电极和第三电极两端施加一交流电流信号/交流电压信号;
二、当第二/三电极对应的人工皮肤外表面的压力发生变化时,压电材料层表面产生电荷,当第二电极/第三电极所对应的人工皮肤外表面的温度发生变化时,第二电极/第三电极的电阻率发生变化从而引起第二电极/第三电极的阻值发生变化,第一温度检测组/第二温度检测组将包含所述电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号输出至后端电路;当第二电极和第三电极所对应的人工皮肤外表面的湿度发生变化时,二者之间的湿度敏感材料层的介电常数发生变化从而引起湿度检测单元的电容的容值发生变化,湿度检测单元将包含所述电容值变化信息的交流电流信号/交流电压信号输出至后端电路;
三、后端电路收集步骤二中压电材料层表面产生的电荷并进一步处理形成交流模拟电信号,最后处理计算出其所对应的压力值;后端电路将所述含有电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号处理并计算出其所对应的温度值;后端电路将含有所述电容值变化信息的电流/电压信号处理并计算得出其所对应的湿度值。
Claims (3)
1.一种人工皮肤,包括信号采集部分和后端电路,其特征在于:所述信号采集部分包括至少一个检测单元,所述检测单元包括自上而下依次设置的湿度敏感材料层、压电材料层和第一电极;
所述压电材料层和湿度敏感材料层之间设置有具有间隔的第二电极和第三电极,所述第二电极和第三电极采用具有热敏效应的金属材料制成;
所述第二电极、压电材料层和第一电极一起组成第一压力检测组,第三电极、压电材料层和第一电极一起组成第二压力检测组;
所述第二电极作为第一温度检测组,第三电极作为第二温度检测组;
所述第二电极与第三电极通过边缘效应形成电容,第二电极和第三电极之间的湿度敏感材料作为介电层,三者一起组成湿度检测单元。
2.根据权利要求1所述的一种人工皮肤,其特征在于:所述第二电极和第三电极的结构完全相同。
3.一种检测压力、温度和湿度的方法,利用权利要求1或2所述的人工皮肤来实现,其特征在于该方法包括以下步骤:
一、在第二电极和第三电极上分别施加一直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号,在第二电极和第三电极两端施加一交流电流信号/交流电压信号;
二、当第二/三电极对应的人工皮肤外表面的压力发生变化时,压电材料层表面产生电荷,当第二电极/第三电极所对应的人工皮肤外表面的温度发生变化时,第二电极/第三电极的电阻率发生变化从而引起第二电极/第三电极的阻值发生变化,第一温度检测组/第二温度检测组将包含所述电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号输出至后端电路;当第二电极和第三电极所对应的人工皮肤外表面的湿度发生变化时,二者之间的湿度敏感材料层的介电常数发生变化从而引起湿度检测单元的电容的容值发生变化,湿度检测单元将包含所述电容值变化信息的交流电流信号/交流电压信号输出至后端电路;
三、后端电路收集步骤二中压电材料层表面产生的电荷并进一步处理形成交流模拟电信号,最后处理计算出其所对应的压力值;后端电路将所述含有电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号处理并计算出其所对应的温度值;后端电路将含有所述电容值变化信息的电流/电压信号处理并计算得出其所对应的湿度值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810234655.3A CN108489541B (zh) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | 一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810234655.3A CN108489541B (zh) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | 一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108489541A CN108489541A (zh) | 2018-09-04 |
CN108489541B true CN108489541B (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=63318945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810234655.3A Active CN108489541B (zh) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | 一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108489541B (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109044329A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-12-21 | 天津工业大学 | 一种多功能生物电传感器 |
CN109990928B (zh) * | 2019-04-30 | 2024-05-14 | 广东工业大学 | 一种温度压力复合传感器 |
CN110200636B (zh) * | 2019-07-05 | 2024-02-02 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 足底压力传感器及其检测压力、湿度和收集能量的方法 |
CN111006801B (zh) * | 2019-12-17 | 2021-02-09 | 华中科技大学 | 用于生理信息监测的柔性变模态传感器、应用及制备方法 |
CN111006802B (zh) * | 2019-12-17 | 2021-07-27 | 华中科技大学 | 一种多模态可变胞柔性传感器及信号采集系统 |
CN110987029B (zh) * | 2019-12-17 | 2020-11-24 | 华中科技大学 | 一种多功能柔性传感器及其制备方法和应用 |
CN111189493B (zh) * | 2019-12-17 | 2020-12-08 | 华中科技大学 | 一种多物理场测量的柔性智能蒙皮、变胞结构及其应用 |
CN112229878B (zh) * | 2020-01-07 | 2021-08-10 | 南通大学 | 一种三电极结构的湿度传感器芯片 |
CN112197891B (zh) * | 2020-09-30 | 2022-03-29 | 厦门天马微电子有限公司 | 传感器、温度和压力的检测方法及传感装置 |
CN113834116B (zh) * | 2021-08-18 | 2022-09-06 | 重庆海尔空调器有限公司 | 暖体系统及其控制方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1043987A (zh) * | 1989-12-26 | 1990-07-18 | 华东师范大学 | 一种温湿双功能敏感薄膜元件及其制造方法 |
CN1455251A (zh) * | 2003-06-12 | 2003-11-12 | 东南大学 | 微型湿度传感器 |
CN105452853A (zh) * | 2013-08-13 | 2016-03-30 | 株式会社村田制作所 | 温湿度传感器 |
CN107374780A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 一种人工智能皮肤及其检测温湿度和压力的方法 |
CN107551323A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 基于压电材料和热敏电阻材料的人工皮肤及其检测方法 |
CN107582215A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-16 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 具有温湿度和压力检测功能的人工智能皮肤及其检测方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101781542B1 (ko) * | 2015-02-27 | 2017-09-27 | 서울대학교산학협력단 | 피부 보철용 신축성 전자장치 |
-
2018
- 2018-03-21 CN CN201810234655.3A patent/CN108489541B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1043987A (zh) * | 1989-12-26 | 1990-07-18 | 华东师范大学 | 一种温湿双功能敏感薄膜元件及其制造方法 |
CN1455251A (zh) * | 2003-06-12 | 2003-11-12 | 东南大学 | 微型湿度传感器 |
CN105452853A (zh) * | 2013-08-13 | 2016-03-30 | 株式会社村田制作所 | 温湿度传感器 |
CN107374780A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-24 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 一种人工智能皮肤及其检测温湿度和压力的方法 |
CN107551323A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 基于压电材料和热敏电阻材料的人工皮肤及其检测方法 |
CN107582215A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-16 | 北京中硕众联智能电子科技有限公司 | 具有温湿度和压力检测功能的人工智能皮肤及其检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108489541A (zh) | 2018-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108489541B (zh) | 一种人工皮肤及其检测压力、温度和湿度的方法 | |
CN109238519B (zh) | 一种混合式柔性触觉传感器 | |
US9910535B2 (en) | Touch input device that detects a touch position and a pressing input | |
WO2021147454A1 (zh) | 柔性电容触觉传感器及其制备方法和触觉传感系统 | |
US10842397B2 (en) | Flexible sensor and application thereof | |
KR101811214B1 (ko) | 비정질 금속을 이용한 유연한 압력 센서와, 압력 및 온도를 동시에 감지하는 유연한 이중모드 센서 | |
CN102207415B (zh) | 基于导电橡胶的柔性阵列片式压力传感器及制造方法 | |
CN111759315A (zh) | 一种基于激光还原石墨烯/MXene复合材料的自供能电子皮肤系统的制备方法 | |
CN108709585B (zh) | 一种人工皮肤及其检测压力、温湿度和调节温度的方法 | |
KR102214226B1 (ko) | 압저항 방식의 적층형 rlc로 구성된 다기능 유연 센서 및 이의 제조 방법 | |
CN104613861A (zh) | 一种柔性有源应变或压力传感器结构及制备方法 | |
CN109282921B (zh) | 金属滴液电极式三维电容触觉传感器 | |
CN108700968B (zh) | 基于电活性材料的传感器设备和感测方法 | |
CN110426063B (zh) | 一种双模式传感器及其在检测压力和应变过程中的应用 | |
CN110987031B (zh) | 一种柔性触觉传感器 | |
CN113386158B (zh) | 一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤 | |
He et al. | A multi-layered touch-pressure sensing ionogel material suitable for sensing integrated actuations of soft robots | |
CN207231534U (zh) | 集成检测传感器及触摸感应设备 | |
CN110346837A (zh) | 一种基于电容器边缘场效应的柔性电容型接近传感器及传感方法 | |
CN114305729A (zh) | 一种用于介入导管的触觉传感器 | |
CN107595433B (zh) | 一种人工智能皮肤及其检测湿度和温度的方法 | |
CN105509937A (zh) | 一种压感传感器、压力检测方法及制造工艺 | |
WO2022174728A1 (zh) | 电池形变检测装置及电池管理系统 | |
Dai et al. | Multi-functional smart skin for multi-dimensional perception for humanoid robots | |
US10712893B2 (en) | Single-surface position sensor and positioning method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |