CN109239130A - 一种材料识别装置及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料检测技术领域，公开了一种材料识别装置及识别方法，该材料识别装置包括摩擦检测模块，摩擦检测模块包括一本体和安装于本体的至少一个摩擦模块，每一个摩擦模块包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层；内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块，处理模块与摩擦检测模块中的各摩擦层信号连接，且根据获得的产生的电信号以及预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号；与处理模块信号连接的输出模块，用于接收处理模块生成的分析结果信号并报告分析结果信号指示的待检测材料的种类。该材料识别装置能够实现针对性的材料种类精确判断，具有结构简单、灵敏度高、成本低的优点。

Description

一种材料识别装置及识别方法

技术领域

本发明涉及材料检测技术领域，特别涉及一种材料识别装置及识别方法。

背景技术

日常生活中，由于有些材料形态和颜色相近，无法用肉眼直接辨别；盲人因双眼正常功能损伤，不能直接观察出所接触的物体材料；工业生产中，不能直接观察分析出材料属性。所以材料识别有很积极的社会效应。

例如，材料识别在智能机器人触觉传感方面，能够极大促进智能机器人与环境之间的交互；在盲人康复辅工具和可穿戴触觉识别手套方面，能够改善盲人生活状况；在非可视工程环境上，可以实现材料物质检测。

但是，触觉传感技术在压力、温度、湿度上的传感上都相对较为成熟，在材料识别上却还有较大的技术壁垒，目前为止没有很好的传感技术去突破。

发明内容

本发明提供了一种材料识别装置及识别方法，上述材料识别装置能够实现针对性的材料种类精确判断，具有结构简单、灵敏度高、成本低的优点。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种材料识别装置，包括：

摩擦检测模块，所述摩擦检测模块包括一本体和安装于所述本体的至少一个摩擦模块，每一个所述摩擦模块包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层；

内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块，所述处理模块与所述摩擦检测模块中的各所述摩擦层信号连接，且根据获得的所述摩擦检测模块的电信号以及预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号；

与所述处理模块信号连接的输出模块，用于接收所述处理模块生成的分析结果信号并报告所述分析结果信号指示的待检测材料的种类。

上述材料识别装置，包括摩擦检测模块、内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块以及与处理模块信号连接的输出模块，其中，摩擦检测模块包括一个本体和安装于本体的至少一个摩擦模块，每一个摩擦模块包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层；当该材料识别装置工作时，将摩擦检测模块与待检测的材料进行摩擦以产生电信号，处理模块与摩擦检测模块中的各摩擦层信号连接，获取摩擦检测模块产生的电信号，将获得的电信号与预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行对比分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号，然后，由输出模块接收该分析结果信号并报告分析结果信号指示的待检测材料的种类。上述材料识别装置是基于摩电序(得失电子能力)有差异和摩擦纳米发电原理的结合，能够实现针对性的材料种类精确判断，具有结构简单、灵敏度高、成本低的优点。

优选地，所述摩擦检测模块包括的摩擦模块为多个，且多个所述摩擦模块中具有的摩擦层的材料至少包括两种不同材料。

优选地，多个所述摩擦模块在所述本体上呈阵列分布。

优选地，多个所述摩擦模块在所述本体上阵列分布的阵列数为2*2-100*100。

优选地，多个所述摩擦模块在所述本体上呈3*3、4*4、或者5*5的阵列排布。

优选地，各所述摩擦模块具有的摩擦层的材料为金属材料、有机材料或者无机非金属材料。

优选地，所述摩擦层的材料为金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、硒、玻璃、丁腈橡胶、硅塑料、涤纶纤维、聚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚三氟氯乙烯、聚苯丙烷碳酸盐、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯弹性体、聚邻苯二酸二烯丙酯、聚甲醛或纤维素。

优选地，每一个所述摩擦模块还包括输出导线和电极层，所述电极层位于所述摩擦层与所述本体之间，所述输出导线与所述电极层电连接。

优选地，所述摩擦层与电极层通过磁控溅射方式连接。

优选地，每一个所述摩擦模块还包括输出导线，且当摩擦模块中摩擦层的材料为导电金属材料时，所述输出导线与所述摩擦层电连接。

优选地，还包括探测载体，所述摩擦检测模块贴附于所述探测载体上。

优选地，所述探测载体为机器人手或者盲人辅助手套。

优选地，所述处理模块包括依次电连接的信号探测芯片、计算机处理系统和无线传输装置，所述输出模块与所述无线传输装置通过无线信号连接。

优选地，所述输出模块包括接收显示装置和/或语音播报系统。

本发明还提供了一种材料识别方法，包括以下步骤：

获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号；

将获得的电信号与预存的所述设定摩擦材料与各种材料摩擦时获得的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，并生成待检测材料种类的分析结果；

根据所述分析结果获得待检测材料的种类。

优选地，所述设定的摩擦材料为多种，当获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号时，所述待检测材料分别与每种设定摩擦材料摩擦，产生分别与所述每种设定摩擦材料对应的电信号。

附图说明

图1为本实施例提供的材料识别装置的作用示意图；

图2为本实施例提供的摩擦检测模块中各摩擦模块排布示意图；

图3为本实施例提供的一个摩擦模块的结构示意图；

图4为本实施例提供的一个摩擦模块的一侧的结构示意图；

图5为本实施例提供的一种材料识别装置的结构示意图；

图6为本实施例提供的一种摩擦检测模块与8种材料摩擦的电信号输出数据图；

图7为本实施例提供的图6中数据图的统计图；

图8为本实施例提供的材料识别方法的流程图。

图标：

1-摩擦检测模块；11-本体；12-摩擦模块；121-摩擦层；122-电极层；123-输出导线；2-处理模块；21-信号探测芯片；22-数据库和无线发射集成装置；31-接收显示装置；3-输出模块；32-语音播报系统；4-探测载体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，本发明提供了一种材料识别装置，包括：

摩擦检测模块1，摩擦检测模块1包括一本体11和安装于本体的至少一个摩擦模块12，每一个摩擦模块12包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层121；

内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块2，处理模块2与摩擦检测模块1中的各摩擦层121信号连接，且根据获得的摩擦检测模块1的电信号以及预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号；

与处理模块信号连接的输出模块3，用于接收处理模块2生成的分析结果信号并报告分析结果信号指示的待检测材料的种类。

本实施例提供的材料识别装置是基于不同材料的摩电序不同(即不同材料得失电子的能力不同)，结合摩擦纳米发电原理，通过接触摩擦将物质信号转换为电信号，进一步识别材料种类。

具体地，本实施例提供的材料识别装置中，如图1所示，包括摩擦检测模块1、内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块2以及与处理模块信号连接的输出模块3，其中，如图2所示，摩擦检测模块1包括一个本体11和安装于本体的至少一个摩擦模块12，每一个摩擦模块12包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层121；当该材料识别装置工作时，将摩擦检测模块1与待检测的材料进行摩擦以产生电信号，处理模块2与摩擦检测模块1中的各摩擦层121信号连接，获取摩擦检测模块1产生的电信号，将获得的电信号与预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行对比分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号，然后，由输出模块3接收该分析结果信号并报告分析结果信号指示的待检测材料的种类。上述材料识别装置能够实现针对性的材料种类精确判断，具有结构简单、灵敏度高、成本低的优点。

在上述材料识别装置中，当摩擦检测模块1包括的摩擦模块12为一个时，处理模块2将获得的电信号与预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行对比过程中，根据电信号数值与数据库中的数据接近或者相等，来判断未知材料的种类。

具体地，摩擦检测模块1包括的摩擦模块12还可以为多个，且多个摩擦模块12中具有的摩擦层121的材料至少包括两种不同材料，不同材料的摩擦层121与待检测材料摩擦后由于各个得失电子能力不同，能够产生大小不一的电信号，处理模块2收集这些电信号，与内部预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行对比分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号，然后，由输出模块3接收该分析结果信号并报告分析结果信号指示的待检测材料的种类。如果内部预存的材料摩电序列表数据库中的数据的样本材料足够多的话，该材料识别装置更能够做到精确识别。

上述实施例中，多个摩擦模块12在本体11上呈阵列分布，布局均匀、简单、美观，能够使全部摩擦模块都与待检测材料接触，有利于产生精确的电信号。

该材料识别装置中，多个摩擦模块12在本体11上阵列分布的阵列数可为2*2-100*100，阵列数的选择根据实际需求变化，而且阵列数不限于100*100。其中，单个摩擦模块的尺寸可为纳米级别至米级别，应用范围广。

阵列数的优选方案为多个摩擦模块12在本体11上呈3*3、4*4、或者5*5的阵列排布。如图2所示，摩擦模块12呈3*3阵列排布，包括9个摩擦模块12，并且9个摩擦模块的摩擦层121的材料可以各不相同，尽可能囊括各种材料种类，使得摩擦后，产生的电信号大小有明显区别，更易于待检测材料种类的判断。

用上述材料识别装置的摩擦检测模块1与待检测的材料接触，能够获取9种大小不一的电信号，处理模块2将这9个电信号进行排序，对比数据库，我们可以获取待检测材料得失电子能力最介于已知的哪两种材料之间，或者精确识别就是已知材料中的一种。

上述实施例中，各摩擦模块12具有的摩擦层121的材料种类可为金属材料、有机材料或者无机非金属材料等，并且不限于以上材料。

具体地，摩擦层121的材料可为金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、硒、玻璃、丁腈橡胶、硅塑料、涤纶纤维、聚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚三氟氯乙烯、聚苯丙烷碳酸盐、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯弹性体、聚邻苯二酸二烯丙酯、聚甲醛或纤维素，并且不限于以上材料。

上述实施例中，如图3和图4所示，每一个摩擦模块12还包括输出导线123和电极层122，电极层122位于摩擦层121与本体11之间，输出导线123与电极层122电连接，电极层122将摩擦层121产生的电信号传递至输出导线123。

上述电极层122和输出导线123选择常用的金属材料和金属导线，例如，金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、硒及其合金等，还可以选择导电高分子材料。

上述实施例中，摩擦层121与电极层122可以通过磁控溅射方式连接，例如，摩擦层121的材料为聚四氟乙烯时，摩擦模块12是聚四氟乙烯溅射金属电极。通过磁控溅射方式制作的金属电极具有牢固、致密、性能优良的特点。

上述实施例中，每一个摩擦模块12还包括输出导线123，且当摩擦模块12中摩擦层121的材料为导电金属材料时，输出导线123与摩擦层121电连接，即当摩擦模块12中摩擦层121的材料为导电金属材料时，该导电金属材料既是摩擦层又是电极层，不用另外再设置电极层，这样利用率高、节省材料，节约成本。

上述实施例中，如图5所示，材料识别装置还包括探测载体4，摩擦检测模块1贴附集成于探测载体4上。

具体地，探测载体4可为机器人手或者盲人辅助手套等。该摩擦检测模块1用途广泛，例如，应用于智能机器人、盲人康复工具、工业探测和可穿戴电子设备等。应用在工业探测和可穿戴电子设备上时，探测载体4不限于机器人手模型，能够基于该材料识别装置接触探测，有信号输出的探测载体都具有可行性。

上述实施例中，处理模块2包括依次电连接的信号探测芯片21、计算机处理系统和无线传输装置，输出模块3与无线传输装置通过无线信号连接，能够实现远距离传输，其中，计算机处理系统和无线传输装置可以用数据库和无线发射集成装置22，减少设备数量，节约成本。

上述实施例中，输出模块3包括接收显示装置31和/或语音播报系统32，输出模块3通过接受显示装置31和/或语音播报系统32对接收到的分析结果信号进行显示和/或播报，能够使人们清楚的知道待检测测材料的种类。

上述实施例，具体的实施方案可为图5所示，摩擦检测模块1贴附集成在机器人手手指顶端，机器人手识别未知材料示意图如图5中A所示，将手指顶端的摩擦检测模块1与待检测材料进行摩擦产生电信号，摩擦检测模块1经导线与信号探测芯片连接，然后，获得测试后的的电信号数据进入后端数据库对比得出待检测材料的分析结果，无线发射装置发射分析结果信号，最后，输出模块的接受显示装置31和/或语音播报系统32接收该分析结果信号并显示和/或播报分析结果信号指示的待检测材料的种类。

另外的，本实施例还提供了一种预存材料摩电序列的方案，通过单一材料的摩擦检测模块1与不同属性的材料摩擦，得到不同电信号输出的值，经处理模块2处理得到该材料的摩电序列，并保存到材料摩电序列表数据库中。

如图6所示，为单一材料聚四氟乙烯溅射金属电极的摩擦检测模块1与8种不同材料摩擦的电信号输出数据图。在图中结果上我们可以发现，在不同的材料作用后电信号输出性能有着明显的不同，基于材料得失电子能力特性呈明显的下降趋势。当聚四氟乙烯与自己相互接触摩擦时，电信号最小，符合实际。如图7所示，为对图6初步实验数据的统计图，数据一一对应，更能直观显示。

本发明实施例还提供了一种材料识别方法，请参考图8，包括以下步骤：

步骤S801，获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号；

步骤S802，将获得的电信号与预存的设定摩擦材料与各种材料摩擦时获得的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，并生成待检测材料种类的分析结果；

步骤S803，根据分析结果获得待检测材料的种类。

上述材料识别方法，首先，获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号；然后，将获得的电信号与预存的设定摩擦材料与各种材料摩擦时获得的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，并生成待检测材料种类的分析结果；最后，根据分析结果获得待检测材料的种类。上述材料识别方法是基于摩电序(得失电子能力)有差异和摩擦纳米发电原理的结合，能够实现针对性的材料种类精确判断。

上述材料识别方法中，设定的摩擦材料优选为多种，当获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号时，待检测材料分别与上述多种设定摩擦材料中的每种设定摩擦材料摩擦，产生分别与每种设定摩擦材料对应的电信号。其中，由于设定的摩擦材料为多种，每种材料得失电子的能力不同，产生的电信号不同，利用该方法可以精确的检测出待检测材料的材料种类，甚至能检测出该待检测材料最介于哪两种材料之间或者精确识别就是已知材料中的一种。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种材料识别装置，其特征在于，包括：

摩擦检测模块，所述摩擦检测模块包括一本体和安装于所述本体的至少一个摩擦模块，每一个所述摩擦模块包括一个用于与待检测材料摩擦以产生电信号的摩擦层；

内部预存有材料摩电序列表数据库的处理模块，所述处理模块与所述摩擦检测模块中的各所述摩擦层信号连接，且根据获得的所述摩擦检测模块的电信号以及预存的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，生成待检测材料种类的分析结果信号；

与所述处理模块信号连接的输出模块，用于接收所述处理模块生成的分析结果信号并报告所述分析结果信号指示的待检测材料的种类。

2.根据权利要求1所述的材料识别装置，其特征在于，所述摩擦检测模块包括的摩擦模块为多个，且多个所述摩擦模块中具有的摩擦层的材料至少包括两种不同材料。

3.根据权利要求2所述的材料识别装置，其特征在于，多个所述摩擦模块在所述本体上呈阵列分布。

4.根据权利要求3所述的材料识别装置，其特征在于，多个所述摩擦模块在所述本体上阵列分布的阵列数为2*2-100*100。

5.根据权利要求4所述的材料识别装置，其特征在于，多个所述摩擦模块在所述本体上呈3*3、4*4、或者5*5的阵列排布。

6.根据权利要求2所述的材料识别装置，其特征在于，各所述摩擦模块具有的摩擦层的材料为金属材料、有机材料或者无机非金属材料。

7.根据权利要求2所述的材料识别装置，其特征在于，所述摩擦层的材料为金、银、铂、铝、镍、铜、铁、铬、硒、玻璃、丁腈橡胶、硅塑料、涤纶纤维、聚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚三氟氯乙烯、聚苯丙烷碳酸盐、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯弹性体、聚邻苯二酸二烯丙酯、聚甲醛或纤维素。

8.根据权利要求1-7任一项中所述的材料识别装置，其特征在于，每一个所述摩擦模块还包括输出导线和电极层，所述电极层位于所述摩擦层与所述本体之间，所述输出导线与所述电极层电连接。

9.根据权利要求8所述的材料识别装置，其特征在于，所述摩擦层与电极层通过磁控溅射方式连接。

10.根据权利要求1所述的材料识别装置，其特征在于，每一个所述摩擦模块还包括输出导线，且当摩擦模块中摩擦层的材料为导电金属材料时，所述输出导线与所述摩擦层电连接。

11.根据权利要求1所述的材料识别装置，其特征在于，还包括探测载体，所述摩擦检测模块贴附于所述探测载体上。

12.根据权利要求11所述的材料识别装置，其特征在于，所述探测载体为机器人手或者盲人辅助手套。

13.根据权利要求1-12任一项所述的材料识别装置，其特征在于，所述处理模块包括依次电连接的信号探测芯片、计算机处理系统和无线传输装置，所述输出模块与所述无线传输装置通过无线信号连接。

14.根据权利要求1-13任一项所述的材料识别装置，其特征在于，所述输出模块包括接收显示装置和/或语音播报系统。

15.一种材料识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号；

将获得的电信号与预存的所述设定摩擦材料与各种材料摩擦时获得的材料摩电序列表数据库中的数据进行分析判断，并生成待检测材料种类的分析结果；

根据所述分析结果获得待检测材料的种类。

16.根据权利要求15所述的材料识别方法，其特征在于，所述设定的摩擦材料为多种，当获得待检测材料与设定摩擦材料摩擦时设定摩擦材料基于摩擦纳米发电原理产生的电信号时，所述待检测材料分别与每种设定摩擦材料摩擦，产生分别与所述每种设定摩擦材料对应的电信号。