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[高分] 学位论文 柔性阵列传感器技术研究
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摘要： 随着传感器技术的发展，在以微电子机械系统(MEMS)为主体的研究下，使材料科学、计算机科学、生物科学、电子学及其自动控制等科学技术都交叉在一起，从而共同形成了一个独立的学科领域。传感器技术的研究方向中，压力传感器技术是传感器技术中的一个重要组成部分，在传感技术中占有非常重要的地位。本文中的柔性阵列传感器是在压力传感器的基础上进行研究的，并且希望作为机器人触觉传感器而广泛应用，触觉传感器是智能机器人感知外部世界信息的一种重要手段。本文介绍了国内外传感器的发展现状，着重介绍了柔性阵列传感技术发展的现状，分析了目前主要的柔性阵列传感器技术研究所研究的原理和材料；同时针对当前的柔性阵列传感器的研究领域的发展，提出并设计了一种新型的基于导电橡胶的柔性阵列传感器。此传感器可以感受大面积的外力，并且灵敏度高，整体表面柔韧度比较好，而且可以根据实际需要调节敏感单元数和单元间距，从而灵活改变分辨率，它的主要功能为可以感受外界压力，并显示出外界压力的大小和位置，从而知道施加外界力的物体的外形轮廓。文中首先对所要设计的柔性阵列传感器的敏感材料进行选择，导电橡胶具有电阻随压力变化范围大、成本低和生产工艺简单等优点，所以使用炭黑填充的导电橡胶作为敏感材料。根据研究要求和敏感材料导电橡胶的压阻特性，传感器的原理选择压阻式传感方法，压阻式传感器具有后续信号处理电路简单、容易阵列化、易于封装等优点。基于导电橡胶的柔性阵列传感器，设计制作了3×3阵列，并给出了具体的制作方法和加工工艺。该传感器阵列为四层层叠结构，敏感元件引出线布置方式采用行列式。此传感器的电极采用丝网印刷的方式，用导电银浆和导电碳浆在PET上印刷成柔性电极，从而达到传感器的柔性要求。通过搭建实验平台，测试了单个敏感单元以确定传感器的性能，并且进行实际应用的测试，其测量结果符合预期要达到的目标，最后通过图形显示，证明了本研究的基于导电橡胶的柔性阵列传感器技术是可行的。 |
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