压力感测器的制作方法

本发明涉及感测器领域，尤其涉及一种压力感测器。
背景技术：
：未来机器人技术的发展是从各方面越来越接近人类，不仅要具有听觉、视觉，更要能跟人类一样有灵敏的触觉。现有的一些压力感测器由于具有良好的柔性，不受被测物体形状的限制，因此能够贴附于各种规则或不规则曲面，例如机器人手臂、肚皮或者腿部等，以实现感测力的功能，从而反馈给机器人供其具有触觉反馈（例如，被撞击后发出叫声等）。然而，此类压力感测器主要用于测量施加的剪切力，而无法测量侧向压力。如此，机器人便不会有很好的触觉反馈，表现出来就是触觉不如人类一样灵敏。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种压力感测器用于感测侧向压力。一种压力感测器包括基底、设置在所述基底上的形变基材、设置在所述形变基材上的碳纳米层、设置在所述碳纳米层上的盖板、连接所述碳纳米层与所述基底的两个柔性电路板以及处理器。所述基底包括基板及焊垫。所述焊垫位于基板与形变基材之间。所述形变基材及所述盖板均由弹性材料制成。所述处理器根据外力施加在所述盖板上时所述碳纳米层因形变而产生的电阻变化值以及所述碳纳米层与所述焊垫之间的电容变化值计算得到所述外力作用点上的侧向压力。与现有技术相比，本实施方式提供的压力感测器中，所述电阻测量装置用于测量所述平行金属行电极的与所述平行金属列电极之间的电阻变化值，所述电容测量装置用于测量所述碳纳米层与所述焊垫之间的电容变化值，所述处理器根据该电阻变化值计算出垂直于所述碳纳米层的压力大小垂直压力F垂。最后，所述处理器根据所述电容变化值及所述垂直压力F垂计算出施加在所述压力感测器上的侧向压力。因此，所述压力感测器能够测量侧向压力并运用于机器人领域，使机器人具有很好的触觉反馈。附图说明图1是本发明实施方式提供的压力感测器的立体示意图。图2是图1中的压力感测器的部分分解示意图。图3是图1中的压力感测器沿III-III线的剖面示意图。图4是图1中的压力感测器的又一部分分解示意图。图5是图3中的压力感测器被压时的剖面示意图。图6是图5中的压力感测器被压后的碳纳米层的区域立体坐标示意图。主要元件符号说明压力感测器100基底10焊垫12连接器14焊点16形变基材20碳纳米层30上表面31下表面32平行金属行电极34平行金属列电极36导线38盖板40柔性电路板50电阻测量装置60电容测量装置70处理器80轨迹90如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式请参阅图1，本发明提供的压力感测器100包括一个基底10，一个形变基材20，一个碳纳米层30，一个盖板40、两个柔性电路板50、一个电阻测量装置60、一个电容测量装置70以及一个处理器80。所述形变基材20设置于所述基底10上。所述盖板40覆盖在所述形变基材20上方。所述碳纳米层30位于所述形变基材20与所述盖板40之间。所述碳纳米层30的上下表面分别与所述盖板40及所述形变基材20接触。请参阅图2及图3，所述基底10包括一个基板11、一个焊垫12、一个连接器14以及多个焊点16。所述焊垫12、所述连接器14以及所述多个焊点16均设置在所述基板11上。所述基板11为长方体结构。所述基板11可以是由耐燃性材料制成的刚性电路板，带有线路连接的玻璃基板或者是带有线路连接的陶瓷基底。本实施方式中所述基板11为由耐燃性材料构成的刚性电路板。所述焊垫12呈长方体结构。所述焊垫12位于所述基板11的中央位置。所述连接器14及所述多个焊点16位于所述焊垫12相背两侧。所述连接器14为长条状结构。所述多个焊点16相互间隔排列成一条直线。所述形变基材20由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅氧树脂或者橡胶等弹性材料制作而成。所述形变基材20貼覆在所述焊垫12上。请参阅图4，所述碳纳米层30呈长方体结构。所述碳纳米层30包括相背的上表面31及下表面32、一图形化于所述上表面31上的平行金属行电极34以及一图形化于所述下表面32上的平行金属列电极36。所述平行金属行电极34的厚度为25微米~65微米。所述平行金属列电极36的厚度为25微米~65微米。所述碳纳米层30为聚合物基体材料中均匀分布有碳纳米管(图未示)的复合材料制成的膜；所述碳纳米管与所述聚合物基体材料的质量比为(0.1~15)∶100。所述聚合物基体材料为二甲基硅氧烷或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。所述平行金属行电极34与所述平行金属列电极36呈空间垂直相交，其空间相交的相交部分与所述相交部分内包含的碳纳米管构成阵列式柔性力敏传感器的力敏单元。请参阅图2，所述下表面32设置在所述形变基材20上，两者完全重叠。所述平行金属行电极34通过多根导线38与所述基板11电性连接，所述平行金属列电极36也通过多根导线(图未示)与所述基板11电性连接。请参阅图2，所述盖板40为长方体结构。所述盖板40覆盖在所述上表面31上，两者完全重叠。所述盖板40由聚对苯二甲酸乙二醇酯、超薄玻璃或者软性涂层等弹性材料制作而成。所述两个柔性电路板50分别位于所述碳纳米层30的相背两侧。其中一个柔性电路板50的一端与所述碳纳米层30的上表面31电性连接，另一端与所述连接器14电性连接，另一个柔性电路板50的一端与所述碳纳米层30的上表面31电性连接，另一端通过所述多个焊点16与所述基板11电性连接。所述电阻测量装置60、所述电容测量装置70以及所述处理器80均设置在所述基板11上，并与所述基板11电性连接。所述电阻测量装置60用于测量所述平行金属行电极34与所述平行金属列电极36之间的电阻变化值。所述电容测量装置70用于测量所述碳纳米层30与所述焊垫12之间的电容变化值。所述处理器80根据所述电阻变化值及所述电容变化值计算施加在所述压力感测器100上的侧向压力。请参阅图3及图5，当外力施加在所述盖板40上时，所述碳纳米层30及所述形变基材20会随所述盖板40一起发生形变。由于在所述碳纳米层30的上表面31图形化有所述平行金属行电极34，所述碳纳米层30下表面32图形化有所述平行金属列电极36，所述平行金属行电极34与所述平行金属列电极36呈空间相交状分布，所述碳纳米层30对应所述平行金属行电极34与所述平行金属列电极36的空间相交的部分构成阵列式柔性力敏传感器的力敏单元；所述盖板40上的压力传递到力敏单元时，所述碳纳米管之间的间隙及接触状态随之改变，造成由所述碳纳米管组成的电阻网络结构发生变化，受力点处的力敏单元的宏观电阻因而发生变化。所述电阻测量装置60用于测量所述平行金属行电极34的与所述平行金属列电极36之间的电阻变化值。所述电容测量装置70用于测量所述碳纳米层30与所述焊垫12之间的电容变化值。所述处理器80根据该电阻变化值计算出垂直于所述碳纳米层30的压力大小(下称垂直压力)F垂。最后所述处理器80根据所述电容变化值及所述垂直压力F垂计算出施加在所述压力感测器100上的侧向压力，包括该压力的大小与方向。具体计算方式为：通过电容计算公式C=(*S/d，其中，ε为所述碳纳米层30与所述焊垫12之间介质的介电常数，S为所述碳纳米层30的面积，d为碳纳米层30与所述焊垫12之间的距离，可知△C=(*S*(1/d-1/[d-△d])；其中，△C为所述碳纳米层30与所述焊垫12之间电容的变化值，S为所述碳纳米层30的面积，d为所述碳纳米层30与所述焊垫12之间的距离，△d所述碳纳米层30与所述焊垫12之间的距离的变化值，通过电容的变化值△C得到所述碳纳米层30与所述焊垫12之间距离的变化值△d。请参阅图6，在所述碳纳米层30上压力感触面积划分为4个形状大小相同个正方形区域，举例来说，所述4个正方形区域9个端点的坐标设置为(0,0)、(-1,-1)、(-1,0)、(-1,1)、(0,-1)、(0,1)、(1,-1)、(1,0)、(1,1)。由△C可以计算出△d，即对应的9个点坐标的高度。将9点坐标代入相应方程式di=Fi(x,y)=ax2+by2+cx+dy+e得到a、b、c、d及e五个未知数得到a’、b’、c’、d’及e’，从而得到可计算出感触面积上每点压力的轨迹90的方程：Fi(x,y)=a’x2+b’y2+c’x+d’y+e’；所述切线方程由所述轨迹90的方程求导可得：Fi’(x,y)=2a’x+2b’y+c’+d’；从上可知此斜线的斜率k=tanα=-b’/a’；其中，α为上述切线方程在直角坐标系中的倾斜角，因此，由垂直压力F垂及tanα可得出所述侧向压力F侧的大小及方向F侧=-a’/b’*F垂。与现有技术相比，本实施方式提供的压力感测器100中，所述电阻测量装置60用于测量所述平行金属行电极34的与所述平行金属列电极36之间的电阻变化值，所述电容测量装置70用于测量所述碳纳米层30与所述焊垫12之间的电容变化值，所述处理器80根据该电阻变化值计算出垂直于所述碳纳米层30的压力大小垂直压力F垂。最后，所述处理器80根据所述电容变化值及所述垂直压力F垂计算出施加在所述压力感测器100上的侧向压力。因此，所述压力感测器100能够测量侧向压力并运用于机器人领域，使机器人具有很好的触觉反馈。可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。当前第1页1 2 3