CN112880886B - 一种柔性传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性传感器，由超弹性材料制成的柔性冠、柔性敏感条、第一柔性铰、第二柔性铰、第三柔性铰、金属支板和金属底座组成，其中金属支板的第一端与柔性冠的第一端通过第一柔性铰连接，金属支板的第二端与金属底座的第一端通过第二柔性铰连接，金属底座的第二端与柔性冠的第二端通过第三柔性铰连接；柔性冠、金属底座和金属支板形成腔体；柔性敏感条设置在腔体内，柔性敏感条的两端分别与金属支板和金属底座固定连接；柔性冠的表面固定有被测材料；柔性敏感条包括超弹性材料和嵌入到超弹性材料内的电阻应变片；超弹性材料由液态超弹性材料固化而成。本发明中的柔性敏感条既能灵敏感知摩擦力的变化，也避免了正压力的影响。

Description

一种柔性传感器
技术领域
本发明涉及柔性传感器技术领域，特别是涉及一种柔性传感器。
背景技术
随着技术的发展，力学量柔性传感器的形式种类越来越多，各式各样的智能设备都对柔性传感器的使用提出了不同的要求。测量固体和固体之间及固体和流体之间的摩擦力是柔性传感器的种类之一，这种传感器需要解决的是在摩擦力测量过程中正压力与摩擦力的解耦问题。
近年来发展起来的柔性力学量传感器一般分为电容式和电感式，他们的缺点为都呈非线性的性质，即输出与输入之间为非线性关系。传统电阻应变片式传感器是将电阻应变片粘贴在刚度相对较大的固体(比如钢或铝)上，总体刚度大，不适合类似智能机器手指的触摸式摩擦力或流体摩擦力的测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性传感器，能够解耦正压力与摩擦力，能够测量得到无耦合的摩擦力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种柔性传感器，包括：
由超弹性材料制成的柔性冠、柔性敏感条、第一柔性铰、第二柔性铰、第三柔性铰、金属支板和金属底座；
所述金属支板的第一端与所述柔性冠的第一端通过所述第一柔性铰连接，所述金属支板的第二端与所述金属底座的第一端通过所述第二柔性铰连接，所述金属底座的第二端与所述柔性冠的第二端通过所述第三柔性铰连接；所述柔性冠、所述金属底座和所述金属支板形成腔体；所述柔性敏感条设置在所述腔体内，所述柔性敏感条的第一端与所述金属支板固定连接，所述柔性敏感条的第二端与所述金属底座固定连接；所述柔性冠的表面固定有被测材料；
所述柔性敏感条包括超弹性材料和嵌入到所述超弹性材料内的电阻应变片；所述超弹性材料由液态超弹性材料固化而成。
优选地，所述柔性敏感条为两端部宽于中部的片状柔性弹性体。
优选地，所述电阻应变片设置于所述柔性敏感条的中部。
优选地，所述电阻应变片为一体式电阻应变片。
优选地，所述第一柔性铰、所述第二柔性铰和所述第三柔性铰均由柔性胶粘合形成。
优选地，所述柔性冠包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与第二连接件垂直固定连接，所述第一连接件与所述金属支板的第一端通过所述第一柔性铰连接，所述第二连接件与所述金属底座的第二端通过所述第三柔性铰连接。
优选地，所述第一连接件的上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述第一连接件的上表面的平面材料。
优选地，所述柔性冠的下表面还粘接有测压力的电阻应变片，所述测压力的电阻应变片用于测量作用在所述被测材料的表面的压力。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中公开了由超弹性材料制成的柔性冠、柔性敏感条、第一柔性铰、第二柔性铰、第三柔性铰、金属支板和金属底座等部件，其中所述金属支板的第一端与所述柔性冠的第一端通过第一柔性铰连接，所述金属支板的第二端与所述金属底座的第一端通过第二柔性铰连接，所述金属底座的第二端与所述柔性冠的第二端通过第三柔性铰连接；所述柔性冠、所述金属底座和所述金属支板形成腔体；所述柔性敏感条设置在所述腔体内，所述柔性敏感条的第一端与所述金属支板固定连接，所述柔性敏感条的第二端与所述金属底座固定连接；所述柔性冠的表面固定有被测材料；所述柔性敏感条包括超弹性材料和嵌入到所述超弹性材料内的电阻应变片；所述超弹性材料由液态超弹性材料固化而成。利用上述结构使柔性敏感条既能灵敏感知摩擦力的变化，也避免了正压力的影响，将电阻应变片置于液态柔性材料内部，固化后形成超弹性柔性拉伸应变的敏感条也能够提高测量的灵敏度，测量结果精确且线性程度好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明柔性传感器的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例中柔性敏感条的俯视图。
符号说明：
1-柔性冠，2-第一柔性铰，3-第二柔性铰，4-第三柔性铰，5-金属支板，6-柔性敏感条，7-金属底座，8-应变片引线，9-电阻应变片，10-测压力的电阻应变片。
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。
本发明的目的是提供一种柔性传感器，能够解耦正压力与摩擦力，能够测量得到无耦合的摩擦力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明柔性传感器的结构示意图，如图1所示，本发明一种柔性传感器包括：由超弹性材料制成的柔性冠1、柔性敏感条6、第一柔性铰2、第二柔性铰3、第三柔性铰4、金属支板5和金属底座7。
所述金属支板5的第一端与所述柔性冠1的第一端通过第一柔性铰2连接，所述金属支板5的第二端与所述金属底座7的第一端通过第二柔性铰3连接，所述金属底座7的第二端与所述柔性冠1的第二端通过第三柔性铰4连接；所述柔性冠1、所述金属底座7和所述金属支板5形成腔体；所述柔性敏感条6设置在所述腔体内，所述柔性敏感条6的第一端与所述金属支板5固定连接，所述柔性敏感条6的第二端与所述金属底座7固定连接；所述柔性冠1的表面固定有被测材料。
所述柔性敏感条6包括超弹性材料和嵌入到所述超弹性材料内的电阻应变片9；所述超弹性材料由液态超弹性材料固化而成。
具体的，所示金属底座7起支撑作用，一般用合金铝制成。
作为一种可选的实施方式，当被测材料上表面受图1所示箭头的被测摩擦力(也可以是流体流动时与被测材料之间产生的摩擦力)作用时，柔性冠1可随被测材料变形，沿着摩擦力的方向产生位移，柔性冠1左端推动金属支板5的第一端移动，同时带动柔性敏感条6产生拉伸变形，最终由电阻应变片9测出拉伸应变，此应变与摩擦力成正比。施加摩擦力于柔性冠1时产生的正压力，作用不到柔性敏感条6上，不会影响柔性敏感条6的拉伸应变。所以，同时实现了摩擦力测量和与正压力之间的解耦。柔性冠1右端(L形)与金属底座7通过柔性胶粘结形成柔性铰，其左侧与金属支板5上端也通过柔性铰连结，该板的下端与底座之间形成第三个柔性铰。这一结构有利于柔性弹性体沿摩擦力方向产生相对大的位移。
图2为本发明提供的实施例中柔性敏感条的结构示意图，如图2所示，本发明的柔性敏感条6的本体由液态柔性材料(比如硅橡胶)固化而成，形成超弹性柔性材料。固化之前，在中间相对窄的部位位于厚度的中间位置，放置组成全桥的一体化电阻应变片9，材料固化成型后，如图2所示，电阻应变片9与柔性材料构成柔性敏感条6，优点是线性、灵敏度高、稳定且便于测量，很小的拉伸力可引起相对大的应变。
优选地，所述柔性敏感条6为两端部宽于中部的片状柔性弹性体。
优选地，所述电阻应变片9设置于所述柔性敏感条6的中部。
具体的，还包括应变片引线8，用于引出所述电阻应变片9的电信号，便于力学量的测量。
优选地，所述电阻应变片9为一体式电阻应变片。
具体的，所述一体应变片由四片电阻应变片单片构成，其中四片电阻应变片单片组成全桥。
优选地，所述第一柔性铰2、所述第二柔性铰3和所述第三柔性铰4均由柔性胶粘合形成。
优选地，所述柔性冠1包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与第二连接件垂直固定连接，所述第一连接件与所述金属支板5的第一端通过所述第一柔性铰2连接，所述第二连接件与所述金属底座7的第二端通过所述第三柔性铰4连接。
优选地，所述第一连接件的上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述第一连接件的上表面的平面材料。
优选地，所述柔性冠1的下表面还粘接有测压力的电阻应变片10，所述测压力的电阻应变片10用于测量作用在所述被测材料的表面的压力。
具体的，所述测压力的电阻应变片10由四片电阻应变片单片构成，其中四片电阻应变片单片组成全桥。
本发明中的柔性敏感条6的右端(第二端)与金属支座粘结，左端(第一端)与金属支板5的上端(第一端)粘接。当被测材料受被测摩擦力作用向左位移时，金属支板5的上端随之移动，从而带动柔性敏感条6伸长，电阻应变片9的电阻随之变化，测出电阻的变化即可知道摩擦力的大小。
由于柔性冠与柔性敏感条6不直接接触，从而避免了作用在被测材料表面的正压力对敏感条拉伸变形的影响。若在柔性弹性体的下表面粘接电阻应变片9还可同时测量出作用在被测材料表面的正压力。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明将电阻应变片置于液态柔性材料内部，固化后形成超弹性柔性拉伸应变敏感条，在图1所示的结构中，既能灵敏感知摩擦力的变化，也避免了正压力的影响。
(2)此传感器也能在解耦正压力与摩擦力的基础之上扩展出测量正压力的功能，还可用于测量流体摩擦力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种柔性传感器，其特征在于，包括：
由超弹性材料制成的柔性冠、柔性敏感条、第一柔性铰、第二柔性铰、第三柔性铰、金属支板和金属底座；
所述金属支板的第一端与所述柔性冠的第一端通过所述第一柔性铰连接，所述金属支板的第二端与所述金属底座的第一端通过所述第二柔性铰连接，所述金属底座的第二端与所述柔性冠的第二端通过所述第三柔性铰连接；所述柔性冠、所述金属底座和所述金属支板形成腔体；所述柔性敏感条设置在所述腔体内，所述柔性敏感条的第一端与所述金属支板固定连接，所述柔性敏感条的第二端与所述金属底座固定连接；所述柔性冠的表面固定有被测材料；
所述柔性敏感条包括超弹性材料和嵌入到所述超弹性材料内的电阻应变片；所述超弹性材料由液态超弹性材料固化而成；
所述柔性冠包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与第二连接件垂直固定连接，所述第一连接件与所述金属支板的第一端通过所述第一柔性铰连接，所述第二连接件与所述金属底座的第二端通过所述第三柔性铰连接。
2.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述柔性敏感条为两端部宽于中部的片状柔性弹性体。
3.根据权利要求2所述的柔性传感器，其特征在于，所述电阻应变片设置于所述柔性敏感条的中部。
4.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述电阻应变片为一体式电阻应变片。
5.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一柔性铰、所述第二柔性铰和所述第三柔性铰均由柔性胶粘合形成。
6.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述第一连接件的上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述第一连接件的上表面的平面材料。
7.根据权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，所述柔性冠的下表面还粘接有测压力的电阻应变片，所述测压力的电阻应变片用于测量作用在所述被测材料的表面的压力。
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