微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器

2021/11/09 20:15 · 传感器知识资讯 ·  · 微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器已关闭评论
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微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器摘要:本发明公开了一种接触式电容微加速度传感器,包括衬底,固定支撑,衬底电极,敏感薄膜,绝缘薄膜,微梁和惯性质量块.固定支撑的上,下两端分别设有衬底,两个衬底内侧设有衬底电极,其上覆盖绝缘薄膜;惯性质量块通过四根微梁悬挂于固定支撑的中部,惯性质量块的上,下两侧设有与其接触的敏感薄膜;固定支撑上,下的衬底电极与对应端的敏感薄膜对应.

微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器  第1张

微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器

摘要:

本发明公开了一种接触式电容微加速度传感器,包括衬底,固定支撑,衬底电极,敏感薄膜,绝缘薄膜,微梁和 惯性质量块.固定支撑的上,下两端分别设有衬底,两个衬底内侧设有衬底电极,其上覆盖绝缘薄膜;惯性质量块通过四根微梁悬挂于固定支撑的中部,惯性质量块 的上,下两侧设有与其接触的敏感薄膜;固定支撑上,下的衬底电极与对应端的敏感薄膜对应.在加速度测量中,惯性质量块通过敏感薄膜始终与衬底电极保持"接 触",能承受比非接触式电容微加速度传感器更大的载荷和冲击力,抗过载能力强;传感器通过在大于接触载荷状态下敏感薄膜与绝缘薄膜接触面积的变化所引起的 电容变化来测量加速度,较之变间距式电容微加速度传感器线性度更好.

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微电容传感器:哈佛大学Advanced Materials Technologies:新型柔性电容传感器-可准确监测人体细微运动

原标题:哈佛大学Advanced Materials Technologies:新型柔性电容传感器-可准确监测人体细微运动

【引言】

本文介绍了用于人体关节检测,软机器人和外骨骼的高度可拉伸的纺织-硅胶电容传感器的设计和批量制造。所提出的传感器由导电编织织物制成,作为电极和有机硅弹性体作为电介质。批量生产技术能够生产大型传感器垫和传感器的任意成形,这通过传感器垫的激光切割精确实现。单个电容传感器具有高线性度,低滞后性和规格系数。通过将微同轴电缆的细丝与热塑性薄膜的传感器的导电织物电极熔合,来建立符合标准,低调和坚固的电气连接。电容传感器集成在重建手套上,用于监控手指运动。

近日,美国哈佛大学Conor J. Walsh(通讯作者)课题组制备出一种高度灵敏的柔性电容传感器,发表在Advanced Materials Technologies的“Batch Fabrication of Customizable Silicone-Textile Composite Capacitive Strain Sensors for Human Motion Tracking”的文章。该研究团队将导电针织物与硅胶结合在一起,以基于批量层的生产方法制造我们的传感器。将硅氧烷膜作为电介质层浇铸固化。然后通过施加较薄的硅树脂铸件将导电织物粘附到每个表面上,通过辊施加压力将织物施加在表面上产生了完整的传感器片,然后可以使用激光精确地切割任意形状的传感器。另一个优点是从相同的片材切割出的相同的传感器可以具有一致的基线电容值。激光切割工艺还在导电织物边缘处引导纤维,防止电极短路。

图1 导电编织织物和硅氧烷弹性体的电介质层构造电极可扩展的批量制造工艺

(a)复合纺织硅胶传感器的制造工艺示意图:(i)介电硅胶铸造。(ii)通过有机硅弹性体铸造粘合织物电极。(iii)放置磁带屏蔽和激光切割传感器。(iv)使用即时粘合剂和热膜在同轴电缆和织物电极之间创建永久电连接。(v)传感器和材料层的3D图示。

(b)通过激光切割对传感器进行任意整形的示意图;

(c,d)传感器的照片,说明在≈0和100%应变下应用拉伸;

图2 电容式传感器的力学,电学性能表征

(a)导电织物和硅树脂的面积变化的代表性草图;

(b)导电织物和硅树脂应变的函数的面积变化;

(c)导电织物和硅树脂的塑性变形百分比;

(d)电容式传感器的机电测试设置和截面图;

(e)三角循环应变时传感器电容相对变化为0.11 Hz时的100%;

(f)作为施加的应变间隔的函数的传感器的相对电容变化。

图3 电容式传感器的电化学性能测试

(a)作为施加应变的函数的20次循环的相对电容变化;

(b)相对电容变化作为25,50,75和100%应变水平的循环次数的函数;

(c)纺织硅酮复合传感器在24 mm s-1的速度下施加外部阶梯状增加应变载荷时的时间响应;

(d)频率扫描测试:传感器拉伸到10%应变时,频率从1 Hz增加到30 Hz。

图4 感应手套的性能测试

(a)感应手套的照片;

(b)电缆布线和应力消除由叠加的热敏膜提供;

(c)传感器放置和集成示意图:(i)使用硅胶粘合剂连接传感器和(ii)带有粘附热膜的传感器;

(d)手指运动时手指的电容输出。

【小结】

该研究团队开发了可定制的可拉伸纺织硅胶复合电容式传感器,用于监测人体关节。使用组合制造大型传感器片材和激光切割的批量制造工艺,展示了可以轻松创建具有一致属性或任意形状的传感器的方法。导电织物结构的网络提供了坚固可靠的电极,并且复合材料产生了良好的机械性能。虽然GF的增加是最小的,但是这项研究证明,通过优化传感器结构,可以超越由介电弹性体的泊松比引起的理论GF限制。通过利用具有负泊松比的组成材料来完成,并且可以通过设计辅助传感器结构进一步改进。研究结果表明,传感器表现出高线性度和低滞后,当拉伸到100%应变,响应时间快。为了对应用进行可靠的测量,分辨率是与传感器和数字测量设备相关的重要规范。未来的工作将涉及表征传感器性能,如果传感器与定制或现成的嵌入式电子元件结合可穿戴应用。最后,展示了这种简单的传感器系统非常便于整合在服装上,用于监测人体活动。这种类型的软应变传感器适用于集成到软机器人以及可穿戴机器人中,以协助移动和抓握。

文献链接:Batch Fabrication of Customizable Silicone-Textile Composite Capacitive Strain Sensors for Human Motion Tracking(Advanced Materials Technologies, 2017, DOI: 10.1002/admt.)

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微电容传感器:电容传感器的应用有哪些?

面积型可用来测量位移(较大位移),极距型传感器可用来测量微小位移,介质型传感器可用来鉴别材质。介质型传感器可检测玉米含水量。
1、 ZCS1100型精密电容位移传感器。本传感器可以在线检测压电微位移、振动台,电子显微镜微调,天文望远镜镜片微调,精密微位移测量等。该传感器是一个单一的通道,高性能线性位移测量系统,创新的电容位移测量技术,提供了纳米测量能力,成本低,适合测量任何导电目标。
2、FWS-CⅡ型在线电容式水分检测传感器。在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率,特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮 机、船舶机械。 监视循环油系统是否存在泄漏,如水冷却器等。 监视工作机械的密封元件是否损坏,引起外部水渗入。 监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。,从而精确测定润滑油质量,预测设备故障,是设备润滑油管理中的关键部件。本传感器采用螺纹连接,体积小,重量轻,结构可靠,测量精度高,工作稳定,具有较强的抗电磁干扰性能。封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是理想的在线水分检测传感器。
该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连,在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。直接显示,远程控制和报警。实现数据存储,积算、传输和控制功能。普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统 例如:高线轧机和板带轧机润滑油系统、板带轧机和棒线轧机液压传动系统、汽轮发电机组润滑系统、造纸机组润滑系统、船舶机械润滑系统、燃料油库。粘度计,污染度,湿度计电容式传感器。
3、 FW-C1型电容式润滑油实时在线监测传感器。本传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度,包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度,从而精确测定润滑油质量,判定是否需要更换润滑油,即可节约油料,又能预测设备故障,是设备润滑油管理中改变传统的按期换油,实现按质换油的关键部件。本传感器采用螺纹连接,体积小,重量轻,结构可靠,是理想的在线润滑油检测传感器,可普遍应用于各类大型动力机械,轴承,齿轮箱,泵机和汽轮机的润滑油检测质量实时检测中。该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连,实现数据存储,积算、传输和控制功能。

面积型可用来测量位移(较大位移),极距型传感器可用来测量微小位移,介质型传感器可用来鉴别材质。介质型传感器可检测玉米含水量。
微电容传感器:一种接触式电容微加速度传感器  第2张

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电容式位移传感器
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电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器。
中文名
电容式位移传感器
释 义
非接触电容式原理的精密测量仪器
特 点
灵敏度高,零漂小
应用范围
压电微位移、振动台
目录
1
简介
2
应用范围
3
性能
4
主要特点
电容式位移传感器简介
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语音
具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨和无惰性特点外,还具有信噪比大,灵敏度高,零漂小,频响宽,非线性小,精度稳定性好,抗电磁干扰能力强和使用操作方便等优点。在国内研究所,高等院校、工厂和军工部门得到广泛应用,成为科研、教学和生产中一种不可缺少的测试仪器。
电容式位移传感器应用范围
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主要用于解决下述各种测量问题:压电微位移、振动台,电子显微镜微调,天文望远镜镜片微调,精密微位移测量等。
电容式位移传感器性能
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电容式位移传感器的电容器极板多为金属材料,极板间衬物多为无机材料,如空气、玻璃、陶瓷、石英等;因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作,尤其是解决高温高压环境下的检测难题。
[1]
该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连,在线、连续、实时的检测各种数据然后直接显示,远程控制和报警。实现数据存储,积算、传输和控制功能。广泛应用于各种注塑机中。电容式位移传感器尤其适合缓慢变化或微小量的测量,一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜。电容式位移传感器的这些性能必然促使其应用范围越来越广泛。
电容式位移传感器主要特点
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量程:20~1250μm;分辨率:<0.1nm;零磁滞;线性最高0.02%;频带可调:50~5000Hz;灵敏度可调:5~125μm/V;真空兼容选项;非接触式测量方法; 参考资料 1. 电容式位移传感器的性能 .传感器交易网[引用日期2013-01-29]

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