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    重庆时时彩冷号遗漏: 热式压力传感器及柔性电子皮肤.pdf

    关 键 词:
    压力传感器 柔性 电子 皮肤
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610041771.4

    申请日:

    2016.01.21

    公开号:

    CN105606291A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01L 7/08申请日:20160121|||公开
    IPC分类号: G01L7/08; G01L1/16 主分类号: G01L7/08
    申请人: 清华大学
    发明人: 朱荣; 赵帅
    地址: 100084 北京市海淀区清华园100084-82信箱
    优先权:
    专利代理机构: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 李相雨
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610041771.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.06.15|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种热式压力传感器及柔性电子皮肤,热式压力传感器包括:基底,其上设有第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件,第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件之上覆盖有预设厚度的弹性膜;柔性电子皮肤包括:柔性基底,其上设有热式压力传感器阵列(包括m行n列个热式压力传感器)、热式流场传感器阵列(包括p行q列个热式流场传感器)和引线连线;热式压力传感器与热式流场传感器交错间隔排列;引线连线分别与热式压力传感器阵列和热式流场传感器阵列连接。热式压力传感器结构简单、可柔性、灵敏度高,压力测量范围和灵敏度方便可调;柔性电子皮肤集成了触感、温感、风感和附着物感等功能,结构简单、可大面积使用。

    权利要求书

    1.一种热式压力传感器,其特征在于,包括:
    基底,所述基底上设有第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元
    件,所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件之上覆盖有预设
    厚度的弹性膜;
    所述第一热敏电阻元件,用于在被加热到高于环境温度的工作温
    度、且外界压力使得所述弹性膜发生形变时检测自身温度的变化,并
    将自身温度的变化转换为电阻变化信号,进而检测外界压力造成的所
    述弹性膜导热系数的变化;
    所述第一温度补偿电阻元件,用于测量环境温度并对所述第一热
    敏电阻元件进行温度补偿。
    2.根据权利要求1所述的热式压力传感器,其特征在于,还包
    括:
    第一信号调理电路,分别与所述第一热敏电阻元件以及所述第一
    温度补偿电阻元件连接,用于调节所述第一热敏电阻元件的工作温度,
    以及将所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻
    变化信号转换为电压信号。
    3.根据权利要求2所述的热式压力传感器,其特征在于,所述
    第一信号调理电路为恒流调理电路、或恒压调理电路、或恒温差调理
    电路。
    4.根据权利要求3所述的热式压力传感器,其特征在于,所述
    恒温差调理电路,包括:惠斯通电桥和运算放大器;
    所述惠斯通电桥的一个桥臂为所述热式压力传感器中的第一热
    敏电阻元件,该桥臂的相对桥臂为所述热式压力传感器中的第一温度
    补偿电阻元件,另外两个桥臂均为固定电阻;
    所述惠斯通电桥的两输出节点与所述运算放大器的输入端连接,
    所述运算放大器的输出端输出反馈至所述惠斯通电桥的桥顶,形成闭
    环反馈回路;
    所述惠斯通电桥,还包括:与所述热式压力传感器中的第一温度
    补偿电阻元件串联的可调电阻,用于调节所述第一热敏电阻元件的工
    作温度,进而调节所述热式压力传感器的灵敏度和量程。
    5.一种柔性电子皮肤,其特征在于,包括:
    柔性基底,所述柔性基底上设有热式压力传感器阵列、热式流场
    传感器阵列和引线连线;
    所述热式压力传感器阵列,包括:m行n列个热式压力传感器,
    m和n均为大于1的整数,所述热式压力传感器为权利要求1所述的
    热式压力传感器,所述热式压力传感器阵列中的基底为所述柔性基底;
    所述热式流场传感器阵列,包括:p行q列个热式流场传感器,
    p和q均为大于1的整数;
    所述热式压力传感器与所述热式流场传感器交错间隔排列,使得
    所述热式流场传感器阵列上表面形成在所述热式压力传感器的弹性
    膜之间纵横交叉的无弹性膜通道;
    所述引线连线分别与所述热式压力传感器阵列和所述热式流场
    传感器阵列连接。
    6.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤,其特征在于,所述热
    式流场传感器,包括:
    所述柔性基底,所述柔性基底上设有第二热敏电阻元件和第二温
    度补偿电阻元件,所述第二热敏电阻元件和第二温度补偿电阻元件之
    上覆盖有纳米厚度的?;げ?;
    所述第二热敏电阻元件,用于在被加热到高于环境温度的工作温
    度、且外界流场经过所述热式流场传感器表面或者所述热式流场传感
    器表面粘有附着物时检测自身温度的变化,并将自身温度的变化转换
    为电阻变化信号;
    所述第二温度补偿电阻元件,用于测量环境温度并对所述第二热
    敏电阻元件进行温度补偿。
    7.根据权利要求6所述的柔性电子皮肤,其特征在于,在所述
    热式流场传感器阵列中,两个相邻的热式流场传感器中的第二热敏电
    阻元件采用互为垂直的热敏丝结构,用于测量柔性电子皮肤表面流场
    的流速大小和方向;
    或者,
    所述热式流场传感器中的第二热敏电阻元件,包括:
    在所述柔性基底上设有圆形的热敏电阻区域,所述热敏电阻区域
    被均分为至少三个扇形区域,每一个所述扇形区域均布置有一个迂回
    结构的热敏电阻丝,以便所述热敏电阻丝均匀分布在所述扇形区域内,
    用于测量所述柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向。
    8.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤,其特征在于,所述引
    线连线为交叉网络结构,所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传
    感器阵列的输入引线均通过横向连线与相邻传感器的输入引线连接,
    所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感器阵列的输出引线均
    通过纵向连线与相邻传感器的输出引线连接,横向输入连线和纵向输
    出连线采用双层布线结构,输入连线分布在一层,输出连线分布在另
    一层,双层连线结构之间采用绝缘层隔开;所述柔性电子皮肤工作时,
    采用输入连线和输出连线扫描顺序选通的方式,遍历阵列中的各个传
    感器,顺序输出各个传感器的信号。
    9.根据权利要求5所述的柔性电子皮肤,其特征在于,还包括:
    第二信号调理电路,通过引线连线分别与所述热式压力传感器阵
    列以及所述热式流场传感器阵列连接,用于调节所述热式压力传感器
    阵列中的第一热敏电阻元件的工作温度,将所述热式压力传感器阵列
    中的第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻变化信
    号转换为电压信号,以及调节所述热式流场传感器阵列中的第二热敏
    电阻元件的工作温度,将所述热式流场传感器阵列中的第二热敏电阻
    元件和第二温度补偿电阻元件检测的电阻变化信号转换为电压信号。
    10.根据权利要求9所述的柔性电子皮肤,其特征在于,所述第
    二信号调理电路为恒流调理电路、或恒压调理电路。

    说明书

    热式压力传感器及柔性电子皮肤

    技术领域

    本发明涉及传感器技术领域,特别涉及一种热式压力传感器及柔
    性电子皮肤。

    背景技术

    压力传感器在各行各业都有广泛的应用需求。常规压力传感器采
    用薄膜结构,当薄膜承受压力时产生形变,这种形变转化为电容信号
    或者被分布在薄膜上的应力敏感元件检测获得,从而转化为电信号输
    出。通常应力敏感元件采用压阻材料,应力信息被转换为电阻信息,
    通过测量电阻来感测应力乃至压力的变化。

    微型压力传感器通?;诠杌牧?,采用微机械加工工艺制造传
    感器,传感器结构复杂、为刚性,难以满足如电子皮肤应用等对柔性
    传感器的需求。已有研究者开展了柔性压阻材料的研制,采用碳纳米
    管、炭黑等纳米材料与聚合物材料混合形成具有压阻特性的柔性材料,
    这种柔性压阻材料已被用于制作柔性压力传感器,但该柔性压力传感
    器存在迟滞、测量范围小、灵敏度不高等问题;且该柔性压力传感器
    形成的电子皮肤的功能集成度不高,常规只含有压力测量或温度测量,
    难以实现将触感、温感、风感、附着物感等功能集成的高仿真皮肤。

    鉴于此,如何提供一种体积小、可柔性、结构简单、灵敏度高的
    微型压力传感器以及一种基于该微型压力传感器的集触感、温感、风
    感、附着物感等功能为一体的柔性电子皮肤成为目前需要解决的技术
    问题。

    发明内容

    针对现有技术中的缺陷,本发明提供了一种热式压力传感器及柔
    性电子皮肤,热式压力传感器相比于现有的压力传感器,结构简单、
    可柔性、灵敏度高,其压力测量范围和灵敏度方便可调;柔性电子皮
    肤将热式压力传感器阵列、热式流场传感器阵列集成在柔性基底上,
    实现了集触感、温感、风感、附着物感等功能为一体的高仿真皮肤。

    第一方面,本发明提供一种热式压力传感器,包括:

    基底,所述基底上设有第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元
    件,所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件之上覆盖有预设
    厚度的弹性膜;

    所述第一热敏电阻元件,用于在被加热到高于环境温度的工作温
    度、且外界压力使得所述弹性膜发生形变时检测自身温度的变化,并
    将自身温度的变化转换为电阻变化信号,进而检测外界压力造成的所
    述弹性膜导热系数的变化;

    所述第一温度补偿电阻元件,用于测量环境温度并对所述第一热
    敏电阻元件进行温度补偿。

    可选的,所述热式压力传感器,还包括:

    第一信号调理电路,分别与所述第一热敏电阻元件以及所述第一
    温度补偿电阻元件连接,用于调节所述第一热敏电阻元件的工作温度,
    以及将所述第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻
    变化信号转换为电压信号。

    可选的,所述第一信号调理电路为恒流调理电路、或恒压调理电
    路、或恒温差调理电路。

    可选的,所述恒温差调理电路,包括:惠斯通电桥和运算放大器;

    所述惠斯通电桥的一个桥臂为所述热式压力传感器中的第一热
    敏电阻元件,该桥臂的相对桥臂为所述热式压力传感器中的第一温度
    补偿电阻元件,另外两个桥臂均为固定电阻;

    所述惠斯通电桥的两输出节点与所述运算放大器的输入端连接,
    所述运算放大器的输出端输出反馈至所述惠斯通电桥的桥顶,形成闭
    环反馈回路;

    所述惠斯通电桥,还包括:与所述热式压力传感器中的第一温度
    补偿电阻元件串联的可调电阻,用于调节所述第一热敏电阻元件的工
    作温度,进而调节所述热式压力传感器的灵敏度和量程。

    第二方面,本发明提供一种柔性电子皮肤,包括:

    柔性基底,所述柔性基底上设有热式压力传感器阵列、热式流场
    传感器阵列和引线连线;

    所述热式压力传感器阵列,包括:m行n列个热式压力传感器,
    m和n均为大于1的整数,所述热式压力传感器为权利要求1所述的
    热式压力传感器,所述热式压力传感器阵列中的基底为所述柔性基底;

    所述热式流场传感器阵列,包括:p行q列个热式流场传感器,
    p和q均为大于1的整数;

    所述热式压力传感器与所述热式流场传感器交错间隔排列,使得
    所述热式流场传感器阵列上表面形成在所述热式压力传感器的弹性
    膜之间纵横交叉的无弹性膜通道;

    所述引线连线分别与所述热式压力传感器阵列和所述热式流场
    传感器阵列连接。

    可选的,所述热式流场传感器,包括:

    所述柔性基底,所述柔性基底上设有第二热敏电阻元件和第二温
    度补偿电阻元件,所述第二热敏电阻元件和第二温度补偿电阻元件之
    上覆盖有纳米厚度的?;げ?;

    所述第二热敏电阻元件,用于在被加热到高于环境温度的工作温
    度、且外界流场经过所述热式流场传感器表面或者所述热式流场传感
    器表面粘有附着物时检测自身温度的变化,并将自身温度的变化转换
    为电阻变化信号;

    所述第二温度补偿电阻元件,用于测量环境温度并对所述第二热
    敏电阻元件进行温度补偿。

    可选的,在所述热式流场传感器阵列中,两个相邻的热式流场传
    感器中的第二热敏电阻元件采用互为垂直的热敏丝结构,用于测量柔
    性电子皮肤表面流场的流速大小和方向;

    或者,

    所述热式流场传感器中的第二热敏电阻元件,包括:

    在所述柔性基底上设有圆形的热敏电阻区域,所述热敏电阻区域
    被均分为至少三个扇形区域,每一个所述扇形区域均布置有一个迂回
    结构的热敏电阻丝,以便所述热敏电阻丝均匀分布在所述扇形区域内,
    用于测量所述柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向。

    可选的,所述引线连线为交叉网络结构,所述热式压力传感器阵
    列和所述热式流场传感器阵列的输入引线均通过横向连线与相邻传
    感器的输入引线连接,所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感
    器阵列的输出引线均通过纵向连线与相邻传感器的输出引线连接,横
    向输入连线和纵向输出连线采用双层布线结构,输入连线分布在一层,
    输出连线分布在另一层,双层连线结构之间采用绝缘层隔开;所述柔
    性电子皮肤工作时,采用输入连线和输出连线扫描顺序选通的方式,
    遍历阵列中的各个传感器,顺序输出各个传感器的信号。

    可选的,所述的柔性电子皮肤,还包括:

    第二信号调理电路,通过引线连线分别与所述热式压力传感器阵
    列以及所述热式流场传感器阵列连接,用于调节所述热式压力传感器
    阵列中的第一热敏电阻元件的工作温度,将所述热式压力传感器阵列
    中的第一热敏电阻元件和第一温度补偿电阻元件检测的电阻变化信
    号转换为电压信号,以及调节所述热式流场传感器阵列中的第二热敏
    电阻元件的工作温度,将所述热式流场传感器阵列中的第二热敏电阻
    元件和第二温度补偿电阻元件检测的电阻变化信号转换为电压信号。

    可选的,所述第二信号调理电路为恒流调理电路、或恒压调理电
    路。

    本发明提供的热式压力传感器及柔性电子皮肤,热式压力传感器
    采用一种弹性材料作为热敏元件的覆盖层,弹性膜的导热系数会随着
    压力产生相应的变化,热敏元件能够将覆盖层的导热信息转换为电阻
    信息,从而实现压力的测量,相比于现有的压力传感器,结构简单、
    可柔性、灵敏度高,其压力测量范围和灵敏度方便可调;柔性电子皮
    肤将热式压力传感器阵列、热式流场传感器阵列集成在柔性基底上,
    实现了集触感、温感、风感、附着物感等功能为一体的高仿真皮肤。

    附图说明

    图1为本发明实施例一提供的热式压力传感器的结构示意图;

    图2为本发明实施例一提供的热式压力传感器的恒温差调理电路
    的示意图;

    图3为本发明实施例二提供的柔性电子皮肤的结构示意图;

    图4为图3所示实施例的柔性电子皮肤中的热式流场传感器的结
    构示意图;

    图5为图3所示实施例的柔性电子皮肤中的热式流场传感器的一
    种纵向排布热敏丝的结构示意图;

    图6为图3所示实施例的柔性电子皮肤中的热式流场传感器的一
    种横向排布热敏丝的结构示意图;

    图7为图3所示实施例的柔性电子皮肤中的引线连线交叉网络结
    构中横向输入连线结构示意图;

    图8为图3所示实施例的柔性电子皮肤中的引线连线交叉网络结
    构中纵向输出连线结构示意图。

    具体实施方式

    下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细
    描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

    图1示出了本发明实施例一提供的热式压力传感器的结构示意
    图,如图1所示,本发明实施例提供的热式压力传感器1,包括:

    基底1-1,所述基底1-1上设有第一热敏电阻元件1-2和第一温
    度补偿电阻元件1-3,所述第一热敏电阻元件1-2和第一温度补偿电
    阻元件1-3之上覆盖有预设厚度的弹性膜1-4;

    所述第一热敏电阻元件1-2,用于在被加热到高于环境温度的工
    作温度、且外界压力使得所述弹性膜发生形变时检测自身温度的变化,
    并将自身温度的变化转换为电阻变化信号,进而检测外界压力造成的
    所述弹性膜1-4导热系数的变化;

    所述第一温度补偿电阻元件1-3,用于测量环境温度并对所述第
    一热敏电阻元件1-2进行温度补偿。

    在具体应用中,所述弹性膜1-4的预设厚度可优选为300~1000
    微米。

    在具体应用中,所述基底1-1的材料可以为绝缘材料,或者上覆
    有绝缘层的导电材料或半导体材料;

    所述基底1-1的材料可以为硬性材料或柔性材料;举例来说,在
    图3所示实施例的柔性电子皮肤中为柔性材料。

    在具体应用中,所述第一热敏电阻元件1-2为焦耳自加热的热膜
    电阻,其工作温度高于环境温度的一个预设温度差;所述第一温度补
    偿电阻元件1-3为冷膜电阻,其工作温度与环境温度的误差值在预设
    范围内(即其工作温度近似等于环境温度),所述第一温度补偿电阻
    元件1-3的电阻值大于等于所述第一热敏电阻元件1-2的5倍电阻值,
    举例来说,如所述第一温度补偿电阻元件1-3的电阻值为所述第一热
    敏电阻元件1-2的电阻值的5-10倍。

    可理解的是,所述弹性膜1-4的材料为一种弹性材料,可采用弹
    性硅胶,其导热系数会随着作用在弹性膜上的压力产生相应的变化。
    举例来说,所述弹性膜1-4的材料可优选为聚二甲基硅氧烷
    (polydimethylsiloxane,简称PDMS)。

    在具体应用中,本实施例所述热式压力传感器1,还可以包括图
    中未示出的:

    第一信号调理电路,分别与所述第一热敏电阻元件1-2以及所述
    第一温度补偿电阻元件1-3连接,用于调节所述第一热敏电阻元件1-2
    的工作温度,以及将所述第一热敏电阻元件1-2和第一温度补偿电阻
    元件1-3检测的电阻变化信号转换为电压信号。

    其中,所述第一信号调理电路可以为恒流调理电路、或恒压调理
    电路、或恒温差调理电路。

    由于恒温差调理电路性能最优,其突出优点是动态响应快、灵敏
    度高,优于其他两种方式,因此本实施例的第一信号调理电路优先选
    用恒温差调理电路。

    如图2所示,所述恒温差调理电路5,可包括:惠斯通电桥5-1
    和运算放大器5-2;

    所述惠斯通电桥5-1的一个桥臂为所述热式压力传感器1中的第
    一热敏电阻元件1-2,该桥臂的相对桥臂为所述热式压力传感器1中
    的第一温度补偿电阻元件1-3,另外两个桥臂均为固定电阻5-3和5-4;

    所述惠斯通电桥5-1的两输出节点与所述运算放大器5-2的输入
    端连接,所述运算放大器5-2的输出端输出反馈至所述惠斯通电桥5-1
    的桥顶,形成闭环反馈回路;

    所述惠斯通电桥5-1,还包括:与所述热式压力传感器1中的第
    一温度补偿电阻元件1-3串联的可调电阻5-5,用于调节所述第一热
    敏电阻元件1-2的工作温度,进而调节所述热式压力传感器1的灵敏
    度和量程。

    应说明的是,可调电阻越大,工作温度越高,传感器灵敏度越高、
    量程越小。

    本发明实施例的热式压力传感器的工作原理为:

    当待测压力作用在所述热式压力传感器1的弹性膜1-4上时,压
    力使得弹性膜1-4发生变形,该变形会造成所述弹性膜1-4的密度以
    及致密程度发生变化,从而改变弹性膜1-4的导热系数。所述弹性膜
    1-4下部的第一热敏电阻元件1-2被加热到高于环境温度的工作温度,
    当上部的弹性膜1-4的导热系数发生变化时,第一热敏电阻元件1-2
    的热平衡发生变化,造成第一热敏电阻元件1-2的温度变化,第一热
    敏电阻元件1-2将温度变化转换为电阻变化信号,并由信号调理电路
    转换为电压输出;环境温度被第一温度补偿电阻元件1-3测量得到,
    既可以作为环境温度信号直接输出,也可以用于对所述热式压力传感
    器1中的第一热敏电阻元件1-2进行温度补偿。

    本发明实施例的热式压力传感器,采用一种弹性材料作为热敏元
    件的覆盖层,其导热系数会随着压力产生相应的变化,热敏元件能够
    将覆盖层的导热信息转换为电阻信息,从而实现压力的测量,相比于
    现有的压力传感器,结构简单、可柔性、灵敏度高,其压力测量范围
    和灵敏度方便可调。

    图3示出了本发明实施例二提供的柔性电子皮肤的结构示意图,
    如图3所示,本发明实施例提供的柔性电子皮肤,包括:

    柔性基底6-1,所述柔性基底6-1上设有热式压力传感器阵列、
    热式流场传感器阵列和引线连线;

    所述热式压力传感器阵列,包括:m行n列个热式压力传感器,
    m和n均为大于1的整数,所述热式压力传感器为图1所示实施例所
    述的热式压力传感器1,所述热式压力传感器阵列中的基底为所述柔
    性基底6-1;

    所述热式流场传感器阵列,包括:p行q列个热式流场传感器2
    和3,p和q均为大于1的整数;

    所述热式压力传感器1与所述热式流场传感器2和3交错间隔排
    列,使得所述热式流场传感器阵列上表面形成在所述热式压力传感器
    1的弹性膜1-4之间纵横交叉的无弹性膜通道6-2和6-3;

    所述引线连线分别与所述热式压力传感器阵列和所述热式流场
    传感器阵列连接。

    在具体应用中,所述柔性基底6-1的材料可以为绝缘材料,或者
    上覆有绝缘层的导电材料或半导体材料。

    在具体应用中,如图4所示,本实施例所述热式流场传感器2和
    3,可以包括:

    所述柔性基底6-1,所述柔性基底6-1上设有第二热敏电阻元件
    2-2和第二温度补偿电阻元件2-3,所述第二热敏电阻元件2-2和第二
    温度补偿电阻元件2-3之上覆盖有纳米厚度的?;げ?-4;

    所述第二热敏电阻元件2-2,用于在被加热到高于环境温度的工
    作温度、且外界流场经过所述热式流场传感器2或3表面或者所述热
    式流场传感器2或3表面粘有附着物时检测自身温度的变化,并将自
    身温度的变化转换为电阻变化信号;

    所述第二温度补偿电阻元件2-3,用于测量环境温度并对所述第
    二热敏电阻元件2-2进行温度补偿。

    在具体应用中,所述?;げ?-4为纳米厚度的柔性绝缘材料,可
    优选为聚对二甲苯系聚合物(parylene),用来对热式流场传感器进行
    防尘、防水等?;?。

    在具体应用中,所述第二热敏电阻元件2-2为热膜电阻,其工作
    温度高于环境温度的一个预设温度差;所述第二温度补偿电阻元件
    2-3为冷膜电阻,其工作温度与环境温度的误差值在预设范围内(即
    其工作温度近似等于环境温度),所述第二温度补偿电阻元件2-3的
    电阻值大于等于所述第二热敏电阻元件2-2的5倍电阻值,举例来说,
    举例来说,如所述第二温度补偿电阻元件2-3的电阻值为所述第二热
    敏电阻元件2-2的电阻值的5-10倍。

    在具体应用中,在所述热式流场传感器阵列中,两个相邻的热式
    流场传感器2和3中的第二热敏电阻元件2-2采用互为垂直的热敏丝
    结构,以识别柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向,可参见图5
    和图6,其基本工作原理是:在相同流速情况下,当流场方向与热敏
    丝垂直时,热敏丝的热量被流场带走的最多,因此热敏丝的温度变化
    最大;而当流场方向与热敏丝平行时,热敏丝的热量被带走的最少,
    因此热敏丝的温度变化最??;通过两个相邻热敏丝的输出信号的组合,
    可以获知柔性电子皮肤表面流场的流速大小和方向。

    可理解的是,图4所示热式流场传感器2和3的工作原理为:

    第二热敏电阻元件2-2被加热到高于环境温度的工作温度,当外
    界流场经过热式流场传感器2或3表面或者热式流场传感器2或3表
    面粘有附着物,第二热敏电阻元件2-2的热平衡发生变化,造成第二
    热敏电阻元件2-2的温度变化,第二热敏电阻元件2-2将温度变化转
    换为电阻变化信号,并由第二信号调理电路转换为电压输出;环境温
    度被第二温度补偿电阻元件2-3测量得到,既可以作为环境温度信号
    直接输出,也可以用于对热式流场传感器2或3中的第二热敏电阻元
    件2-2进行温度补偿。

    在另一具体应用中,本实施例所述热式流场传感器2和3中的第
    二热敏电阻元件2-2,可以包括:

    在所述柔性基底6-1上设有圆形的热敏电阻区域,所述热敏电阻
    区域被均分为至少三个扇形区域,每一个所述扇形区域均布置有一个
    迂回结构的热敏电阻丝,以便所述热敏电阻丝均匀分布在所述扇形区
    域内。通过所述多个热敏电阻丝的输出信号的组合,可以获知柔性电
    子皮肤表面流场的流速大小和方向,具体方法参见发明专利(专利号:
    201310533985.X)。

    可理解的是,所述热式流场传感器2和3,其柔性基底6-1上设
    有圆形的热敏电阻区域,该热敏电阻区域被均分为至少三个扇形区域,
    每一个扇形区域均布置有一个迂回结构的热敏电阻丝,各热敏电阻丝
    具有相同结构,并具有相同电阻值,当传感器工作时,对各个热敏丝
    进行电加热,使它们温度升高至高于环境温度的一个相等温差,在流
    体静止的环境中,热敏丝作为一个热源,与环境和基底进行热交换,
    并达到热平衡,此时在热敏元件的周围以及上方形成一个圆形的温度
    场,当有流场沿某个方向流经传感器时,该温度场将沿流速方向产生
    变形,造成圆形内各点温度的变化,该温度的变化被分布在圆内的各
    个热敏电阻丝所检测,将由于温度变化造成的各热敏电阻丝的电阻变
    化信息输出,并进行数据融合就可以获得柔性电子皮肤表面流场的流
    速大小和方向。

    可理解的是,所述热式流场传感器2和3上表面无弹性膜,所述
    热式压力传感器1上表面有弹性膜1-4,通过所述热式压力传感器1
    与所述热式流场传感器2和3交错间隔排列,可使所述热式流场传感
    器阵列上表面形成在所述热式压力传感器1的弹性膜1-4之间纵横交
    叉的无弹性膜通道6-2和6-3,使得表面流场可以在通道中流动,并
    流经所述热式流场传感器2和3。

    在具体应用中,本实施例的柔性电子皮肤的引线连线为交叉网络
    结构,所述热式压力传感器1和所述热式流场传感器2和3的输入引
    线均通过横向连线与相邻传感器的输入引线连接,所述热式压力传感
    器1和所述热式流场传感器2和3的输出引线均通过纵向连线与相邻
    传感器的输出引线连接,横向输入连线和纵向输出连线均采用双层布
    线结构,如图7及图8所示,输入Vin引线连线分布在一层,输出
    Vout引线连线分布在另一层,双层连线结构之间采用绝缘层隔开。本
    实施例的柔性电子皮肤在工作时,可采用“输入连线和输出连线扫描
    顺序选通”的方式,遍历所述热式压力传感器1与所述热式流场传感
    器2和3中的各个传感器,顺序输出各个传感器的信号。

    应说明的是,本实施例所述热式压力传感器阵列中的基底1-1为
    所述柔性基底6-1,即所述热式压力传感器阵列和所述热式流场传感
    器阵列集成在本实施例所述柔性电子皮肤的单片柔性基底6-1上。

    在具体应用中,本实施例所述柔性电子皮肤,还可以包括图中未
    示出的:

    第二信号调理电路,通过引线连线分别与所述热式压力传感器阵
    列以及所述热式流场传感器阵列连接,用于调节所述热式压力传感器
    阵列中的第一热敏电阻元件1-2的工作温度,将所述热式压力传感器
    阵列中的第一热敏电阻元件1-2和第一温度补偿电阻元件1-3检测的
    电阻变化信号转换为电压信号,以及调节所述热式流场传感器阵列中
    的第二热敏电阻元件2-2的工作温度,将所述热式流场传感器阵列中
    的第二热敏电阻元件2-2和第二温度补偿电阻元件2-3检测的电阻变
    化信号转换为电压信号。

    其中,所述第二信号调理电路可以为恒流调理电路、或恒压调理
    电路。

    可理解的是,本实施例所述热式压力传感器1中的第一温度补偿
    电阻元件1-3与所述热式流场传感器2和3中的第二温度补偿电阻元
    件2-3,均可以作为温度传感器,来测量环境温度。

    本发明实施例的柔性电子皮肤,可采用图1所示实施例所述的热
    式压力传感器和图4所示实施例所述的热式流场传感器,在柔性基底
    上分布传感器阵列,集成触感、温感、风感和附着物感等功能(热式
    压力传感器用于测量压力,热式流场传感器用于测量电子皮肤表面流
    场和表面附着物(如水、油等),热式压力传感器阵列和热式流场传
    感器阵列中的温度补偿电阻元件也作为温度传感器,用于测量柔性电
    子皮肤表面的温度),结构简单、可批量及大面积使用。

    最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,
    而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,
    本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载
    的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替
    换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明的
    权利要求?;さ姆段?。

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