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硅胶传感器使设备能够在测量应变和压力时伸展
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/3/18

日本的研究人员已经转向使用异质有机硅来“反弹”可拉伸的传感器,这些传感器被拉伸得太远了。


可穿戴电子设备领域中的最新创新已增加了对 柔性和可拉伸电子系统的研究。 


尽管在传统的基于cmos的组件领域中数十年的工作价值已导致戏剧化的小型化,但这些设备仍然脆弱且不灵活。尽管可以将它们放置在柔性pcb基板上以实现一定程度的灵活性,但该j9九游会·(中国)真人游戏第一品牌的解决方案不会很快实现真正与人体贴合的设备。 


因此,全球的研究人员和设计工程师一直在寻找在设备级别创建完全灵活的电子组件的不同方法,特别是可穿戴式传感器,这些传感器在消费,工业,国防和医疗技术领域具有多种有用的应用。


伸出传感器

但是,可拉伸的物理传感器存在一个固有的问题-弹性。当可伸缩传感器的弹性太强且延伸得太远时,不必要的相互作用会导致在一个轴上进行测量,而在另一个轴上产生误差。这可能会阻碍高级电气系统(如可穿戴设备和软机器人)的关键开发的进展。


例如,完全正常且规则的运动(例如肘部或膝盖的弯曲)足以将传感器推到其结构完整性之外。这会在压力运动测量中产生很大的误差,并使传感器无法同时测量压力和应变。 

在此演示中,压力和应变感测由每个动作独立控制。图片由《科学报告》提供

 

压力传感器(换能器)通过利用恒定面积的传感元件来工作,并响应流体压力施加到其上的力。施加的力使换能器的膜片偏转,然后对其进行测量并将其转换为电输出。


如果换能器的一根轴偏离足够大的倍数(例如,因为它已经被拉伸得太远),这将导致读数不准确,因为压力(p)是用力(f)除以面积(a)来计算的, p = f / a。 


在消费者可穿戴设备中,这些不准确之处将给用户带来烦恼。在医疗或对安全有严格要求的应用中,它们可能很危险。


使传感器反弹

日本横滨国立大学(ynu)的研究人员声称找到了一种解决此问题的方法,提出了一种“压力传感器和应变传感器的整体阵列”,该传感器能够同时并独立地检测运动的力和弯曲变形。


在发表的论文中,研究人员描述了使用两种不同的材料(一种软材料和一种硬材料)来保护传感器伸展和准确测量运动的能力。将硬硅树脂(pdms)沿着阵列上的电极放置,并在每个放置的核心处放置可感测压力的柔软的多孔硅树脂。


伸缩传感器


有机硅基材由两种不同类型的有机硅制成-一种硬而一种软。较硬的有机硅(pdms)可以抑制压力感应元件在应变下的变形。图片由横滨国立大学大田裕树提供

 

ynu工程学院的论文作者,副教授hiroki ota表示:“围绕压力感应元件的pdms可以防止在产生的设备张力期间元件发生大的变形。” 


pdms核心处的柔软的多孔有机硅压力中心受pdms的硬壳保护。这样就可以测量压力,而不会超出可靠的误差范围。它还允许传感器测量压力和应变,这是运动的独立因素。 


通过可弯曲传感器了解人体运动

另外,映射阵列矩阵中的列电极和行电极的电阻低于压力传感器的电极。ota补充说:“这种基板和电极电阻的控制可以防止器件的拉伸变形影响压力感测。”


可拉伸阵列中的电极可以比检测压力所需的速率更低的速率测量应变,这使得能够独立感测压力和应变。 


研究人员计划将他们的传感器应用到物理键盘上,然后将其安装到人体上。他们说,这种键盘将能够随着身体弯曲而仍能检测到指尖的压力。他们还希望使用传感器来进一步了解人手的触摸和运动。 


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