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专利号: 2021114084483
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于弹簧状敏感单元的电阻式柔性三维力传感器,其特征在于,从下至上依次由下电极板层、敏感单元层、上电极板层以及表面凸起层构成;

所述下电极板层从下至上包括下柔性衬底和下电极板,所述上电极板层从下至上包括上电极板和上柔性衬底;所述上电极板和下电极板均包括2×2排列的四块正方形结构,每个正方形结构均通过导线引出,上电极板中的正方形结构与下电极板中的正方形结构在法向投影重合;

所述敏感单元层包括2×2排列的四个敏感单元,每个敏感单元包括一个弹簧状结构和圆柱体支撑柱,所述弹簧状结构粘附在圆柱体支撑柱表面,四个敏感单元的上、下两端通过导电银胶分别与上、下电极板中的四个正方形结构对应粘合,每个敏感单元的中心与对应的正方形结构的中心在法向投影重合;

所述表面凸起层为正四棱台结构,其中心与上、下电极板的中心在法向投影重合;

所述敏感单元中的弹簧状结构是由聚二甲基硅氧烷和炭黑混合而成,聚二甲基硅氧烷中聚二甲基硅氧烷原液与固化剂的质量比为7.5:1~20:1,聚二甲基硅氧烷与炭黑的质量比为10:1~28:1;所述敏感单元中弹簧状结构的螺距为0.1~1.5mm;

上电极板中的四个正方形结构分别与四个敏感单元以及下电极板中的四个正方形结构构成四个电阻单元R11、R12、R21、R22;当在表面凸起上加载法向力时,圆柱体支撑柱被压缩,使得呈弹簧状结构的敏感单元受压,根据导电通路理论与量子隧道效应理论,传感器的四个电阻的值增加,且由于结构的对称性,电阻值增加量相同;当在表面凸起层上加载切向力时,圆柱体支撑柱沿着力加载方向发生不同的变化:靠近施力一侧的圆柱体支撑柱发生拉伸,使得处于该侧的两个输出电阻减小,而远离施力一侧的圆柱体支撑柱发生压缩,使得处于该侧的两个电阻增加。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹簧状敏感单元的电阻式柔性三维力传感器,其特征在于,所述上、下柔性衬底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯材质。

3.根据权利要求1所述的一种基于弹簧状敏感单元的电阻式柔性三维力传感器,其特征在于,所述圆柱体支撑柱采用聚二甲基硅氧烷,在制备时聚二甲基硅氧烷原液与固化剂的质量比为10:1~28:1,圆柱体的高度为1mm~10mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于弹簧状敏感单元的电阻式柔性三维力传感器,其特征在于,所述表面凸起层材料采用聚二甲基硅氧烷,在制备时,聚二甲基硅氧烷原液与固化剂的质量比为8:1。