合劑。隨后將之前制備好的石墨烯納米片懸濁液滴在柔性導(dǎo)電叉指電極上，最后對其進(jìn)行預(yù)熱處理:將滴有石墨烯納米片懸濁液的柔性電路板置于溫度箱中迅速升溫至150°C后取出在空氣中冷卻。
[0031]本實(shí)施例全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器的具體檢測機(jī)理如下:當(dāng)具有一定溫度的物體接近上述接近覺傳感器時，隨著距離越來越近，柔性導(dǎo)電雙電極上方有效介電系數(shù)發(fā)生改變，通過對其電容變化的檢測可以實(shí)現(xiàn)接近的檢測；由于接近物體帶有一定溫度，隨著物體的接近，使得石墨烯納米片周圍溫度發(fā)生改變，因而石墨烯納米片電阻大小發(fā)生改變，通過對其電阻變化的檢測可以實(shí)現(xiàn)接近的檢測。
[0032]電容式接近覺傳感器采用同面雙電極的形式，在檢測物體近距離的接近時，電容式具有響應(yīng)快、靈敏度高的特點(diǎn)，但其能夠檢測的范圍比較小且隨著電極尺寸及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改變而改變。電阻式接近覺傳感器則檢測范圍較大，選用的石墨烯納米片薄膜具有靈敏度高、重復(fù)性好及抗干擾(濕度對其影響小)的特點(diǎn)，但所選用石墨烯納米片作為接近覺傳感器時其響應(yīng)較慢。因而將二者結(jié)合與一體，既能有效的增大電容式的檢測范圍，又能彌補(bǔ)電阻式響應(yīng)慢的特點(diǎn)，從而更加高效的實(shí)現(xiàn)協(xié)同檢測高于環(huán)境溫度的物體接近。
[0033]圖3為溫度保持在60°C的塑料塊接近所述雙模式接近覺傳感器時其電容、電阻的變化。在接近距離從20.0m至7.0mm時，電容式接近覺傳感器因受限于電場線透射深度無法感知，因而在此段距離內(nèi)電阻式接近覺傳感器感知物體的接近；當(dāng)接近距離在7.0mm至2.5mm時，電容式接近覺傳感器與電阻式接近覺傳感器將協(xié)同感知物體的接近過程；而在2.5mm至Omm內(nèi)，由于電阻式接近覺傳感器在該段范圍內(nèi)變化不大，因而此段距離內(nèi)電容式接近覺傳感器將感知物體接近。在接近距離為7-2_內(nèi)，電容、電阻將同時感知物體的接近過程。圖4為溫度保持在30°C的鋁塊接近本發(fā)明的雙模式接近覺傳感器時其電容、電阻的變化。在接近距離為10-7mm時，電容式仍受限于其電場線的透射深度無法感知，因而此段距離內(nèi)電阻式接近覺傳感器感知物體的接近；當(dāng)接近距離在2-0mm內(nèi)，由于電阻式接近覺傳感器在該段范圍內(nèi)變化不大，因而此段距離內(nèi)電容式接近覺傳感器將感知物體的接近；在接近距離為7-2_內(nèi)，電容、電阻將同時感知物體的接近過程。如此，就形成了電容與電阻雙模式協(xié)同感知物體的接近過程。本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器將通過電容與電阻兩種不同模式來感知物體的接近，不僅提高了傳統(tǒng)電容式接近覺傳感器的感知量程，還通過雙模式協(xié)同感知物體接近增加了感知接近的精度。圖3與圖4雖是針對60°C的塑料塊與30°C的鋁塊而言，但對于不同溫度不同物體，皆可分段、協(xié)同感知物體的接近。
[0034]本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器在電容信號提取時選用具備I2C兼容型串行接口與片內(nèi)環(huán)境自校準(zhǔn)功能的AD7147-1，高達(dá)16位⑶C精度，13路容性輸入的AD7147-1配合四通道單刀雙擲開關(guān)ADG734可較方便地構(gòu)成電容陣列傳感器信號采集系統(tǒng)；在電阻信號提取時選用Easy Drive TM技術(shù)，具有16路單端輸入或8路差分輸入、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的TLC2495有27個地址和一個用于實(shí)現(xiàn)同步的全局地址二線制I2C接口。同時，芯片采用有源交流屏蔽技術(shù)，將此屏蔽信號輸出端與電容式接近覺傳感器的柔性環(huán)形導(dǎo)電電極3及柔性導(dǎo)電電極層6相連，可有效地降低傳感器使用過程中存在的噪聲干擾。
[0035]本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器將同面雙電極電容極板與電阻式引線設(shè)計(jì)在同一柔性基底，解決了陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時出現(xiàn)引線繁瑣、不美觀、不易維護(hù)等難題。同時，在聚酰亞胺柔性基底上將本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器排列成陣列結(jié)構(gòu)，并在陣列周圍預(yù)留可拼接式陣列擴(kuò)展接口，可通過FPC軟排線較靈活地拼接成不同大小與形狀的敏感“皮膚”，具備可穿戴性、可擴(kuò)展性、可移植性及易維護(hù)等特點(diǎn)。
[0036]對于陣列結(jié)構(gòu)的全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器制備，可于聚酰亞胺柔性基體上將電容-電阻雙模式接近覺傳感單元設(shè)計(jì)成陣列結(jié)構(gòu)。之后仿照單個電阻式接近覺單元制備方法分次整體成型。
[0037]如圖5所示，將本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器8排列成陣列結(jié)構(gòu)(以8X8觸覺傳感陣列為例)。在柔性基底5上設(shè)計(jì)8X8電容-電阻雙模式接近覺傳感陣列，在柔性基底5的四周均預(yù)留可拼接式陣列擴(kuò)展插座10，通過FPC軟排線可將單個陣列模塊靈活、自由地拼接為不同面積、形狀的仿生皮膚。倘若在實(shí)際應(yīng)用中某一塊人工皮膚發(fā)生破損或功能失常，可以很容易將該塊人工皮膚“脫下”，移植新的“皮膚”。在某種程度上不僅降低了人工皮膚的使用成本，又提高了現(xiàn)場維護(hù)的效率。實(shí)現(xiàn)真正意義上的可穿戴、可移植、易維護(hù)等功能。
[0038]將本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器9排列成陣列結(jié)構(gòu)時，其布線方式如圖5所示(以2X2電容-電阻雙模式接近覺傳感陣列為例)，柔性導(dǎo)電雙電極4的兩極板在柔性基底5(柔性基底為多層結(jié)構(gòu))同一面并構(gòu)成行列陣列結(jié)構(gòu)，其中陣列的相同行的柔性導(dǎo)電雙極板4同一側(cè)極板與對應(yīng)行掃描線相連，柔性導(dǎo)電雙電極4另一側(cè)極板與對應(yīng)列掃描線相連；柔性導(dǎo)電叉指電極2構(gòu)成另一行列陣列結(jié)構(gòu)，其中陣列的相同行的柔性導(dǎo)電叉指電極2同一側(cè)電極與對應(yīng)行掃描線相連，柔性導(dǎo)電叉指電極2另一側(cè)電極與對應(yīng)列掃描線相連。例如，2X2電容-電阻雙模式接近覺傳感陣列中第一行的柔性導(dǎo)電雙電極4的左極板均與電容信號第一行掃描線11相連，第一列的柔性導(dǎo)電雙電極4右極板均與電容信號第一列掃描線12相連；第一行的柔性導(dǎo)電叉指電極2的左電極均與電阻信號第一行掃描線13相連，第一列的柔性導(dǎo)電叉指電極2右電極均與電阻信號第一列掃描線14相連。電容-電阻雙模式接近覺陣列傳感器的行掃描線用實(shí)線表示，列掃描線用虛線表示，分別在柔性基底5的頂層和其他層。柔性導(dǎo)電雙電極4極板的引線通過類似通孔15引入到各自行列掃描線的所在層，從而滿足全柔性電容-電阻接近覺傳感器引線均在同一柔性基底5，大大簡化了陣列化結(jié)構(gòu)布線復(fù)雜度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器，其特征在于: 所述全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器是在一柔性基底(5)上間隔設(shè)置有電容式接近覺傳感器和電阻式接近覺傳感器，以所述電容式接近覺傳感器和所述電阻式接近覺傳感器分段協(xié)同感知物體接近信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器，其特征在于: 所述電容式接近覺傳感器是在柔性基底(5)的上表面設(shè)置有柔性導(dǎo)電雙電極(4)，在所述柔性基底(5)的下表面、位于所述柔性導(dǎo)電雙電極(4)的正下方設(shè)置有用于作為屏蔽層的柔性導(dǎo)電電極層(6); 所述電阻式接近覺傳感器是在柔性基底(5)的上表面、與所述柔性導(dǎo)電雙電極(4)間隔設(shè)置有柔性導(dǎo)電叉指電極(2)，在所述柔性導(dǎo)電叉指電極(2)上表面覆蓋有溫度敏感薄膜⑴； 在所述柔性導(dǎo)電雙電極⑷的外圍環(huán)設(shè)有柔性環(huán)形導(dǎo)電電極(3)，所述柔性環(huán)形導(dǎo)電電極⑶用于屏蔽所述柔性導(dǎo)電叉指電極⑵對所述柔性導(dǎo)電雙電極⑷的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全柔性電容-電阻式接近覺傳感器，其特征在于:所述溫度敏感薄膜(I)以石墨稀納米片為材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全柔性電容-電阻式接近覺覺傳感器，其特征在于:所述柔性基底(5)以聚酰亞胺為材質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種全柔性電容-電阻雙模式接近覺傳感器，其特征在于：是在一柔性基底上間隔設(shè)置有電容式接近覺傳感器和電阻式接近覺傳感器，以所述電容式接近覺傳感器和電阻式接近覺傳感器分段協(xié)同感知物體接近信息。本發(fā)明全柔性電容-電阻雙模式柔性接近覺傳感器同時利用電容與電阻雙模式分段協(xié)同檢測接近信息，提高了傳感器的精確度，且本發(fā)明的傳感器的所有結(jié)構(gòu)均具有柔性，將所有引線引至同一柔性基底，解決了陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時出現(xiàn)引線繁瑣、不美觀、不易維護(hù)等難題。
【IPC分類】G01D21-00
【公開號】CN104764481
【申請?zhí)枴緾N201510163579
【發(fā)明人】黃英, 邱世華, 劉彩霞, 劉平, 張玉剛, 郭小輝, 馬陽洋, 汪衛(wèi)華
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月8日