CN106091915B - 微距感知传感器、感知微距变化的装置及微距检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及距离传动感知领域，尤其是涉及一种微距感知传感器、感知微距变化的装置及微距检测方法。微距感知传感器包括弹性基底层、传感器层、弹性保护层和检测电路；弹性基底层、传感器层和弹性保护层依次层叠设置；传感器层为具有弹性的导电材料；检测电路与传感器层连接。感知微距变化的装置包括上部刚性体、下部刚性体和微距感知传感器；上部刚性体和下部刚性体分别设置在微距感知传感器的相对两侧。微距检测方法为将微距感知传感器设置在需检测位置，检测微距感知传感器的传感器层的电阻变化，根据传感器层的电阻变化计算微距感知传感器检测位置的间距变化。本发明的装置制作简单,使用方法方便。

Description

微距感知传感器、感知微距变化的装置及微距检测方法

技术领域

本发明涉及距离传动感知领域，尤其是涉及一种微距感知传感器、感知微距变化的装置及微距检测方法。

背景技术

距离传感器是利用飞行时间法来以检测物体的距离的一种传感器。“飞行时间法”是通过发射特别短的并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。

其只能测定距离不能检测物体的位移，因此，人们有发明了位移传感器。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

但是，无论是距离传感器还是位移传感器，均不能测定在距离较小的情况下的物体的形变，而如何来测定物体的微小形变，是现在亟待需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供感知微距变化的装置，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明提供的感知微距变化的装置，包括弹性基底层、传感器层、弹性保护层和检测电路；

所述弹性基底层、所述传感器层和所述弹性保护层依次层叠设置；

所述传感器层为具有弹性的导电材料；

所述检测电路与所述传感器层连接，用于检测所述传感器层的参数变化。

进一步的，所述传感器层为石墨烯电路层、微片层、碳纳米管电路层、碳粉电路层、金属材料层、金属氧化物镀膜层、导电化合物结晶材料、无机非金属晶体电路和/或有机导电材料电路。

进一步的，所述检测电路为电阻检测电路，用于检测所述传感器层的电阻值变化。

进一步的，所述检测电路包括输入端、输出端、虚地端和匹配电阻；

所述匹配电阻的一端连接所述输入端，另一端连接所述输出端；

所述传感器层的一端连接所述输出端，另一端连接所述虚地端，用于通过所述输出端的电压变化来检测所述传感器层的电阻变化，进而计算所述传感器层的形变。

本发明还提供了一种感知微距变化的装置，其包括上部刚性体、下部刚性体和上述的微距感知传感器；

所述上部刚性体和所述下部刚性体分别设置在所述微距感知传感器的相对两侧。

进一步的，感知微距变化的装置还包括弹性体；

所述弹性体设置在所述上部刚性体和所述下部刚性体之间，且所述弹性体设置在所述微距感知传感器的四周。

进一步的，所述弹性体的材质为橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构和/或弹性塑料结构。

进一步的，感知微距变化的装置还包括压块；

所述压块分别设置在所述微距感知传感器相对的两侧，且分别设置在所述微距感知传感器相对的两端。

进一步的，感知微距变化的装置还包括压块；

所述压块设置在所述微距感知传感器靠近所述上部刚性体的一侧；

所述压块设置在所述微距感知传感器的中部。

本发明还提供了一种微距检测方法，将上述的微距感知传感器设置在需检测位置，检测所述微距感知传感器的所述传感器层的电阻变化，根据所述传感器层的电阻变化计算所述微距感知传感器检测位置的间距变化。

本发明提供的微距感知传感器、感知微距变化的装置及微距检测方法，将能够导电的传感器层设置在需检测形变的物体上,通过检测电路来对传感器层的参数进行检测,通过参数的变化来判断传感器层的变化,进而得出检测位置或检测的物体的形变,实现对微形变的检测。本发明的装置制作简单,使用方法方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明感知微距变化的装置的结构示意图；

图2为本发明感知微距变化的装置的一块压块时的结构示意图；

图3为图2的使用状态参考图；

图4为本发明感知微距变化的装置的两块压块时的结构示意图；

图5为图4的使用状态参考图；

图6为本发明微距感知传感器的检测电路的电路图。

附图标记：

1：上部刚性体 2：微距感知传感器 3：弹性体

4：下部刚性体 5：压块 6：弹性保护层

7：传感器层 8：弹性基底层

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图1-6所示，本发明提供了一种感知微距变化的装置，包括弹性基底层8、传感器层7、弹性保护层6和检测电路；

所述弹性基底层8、所述传感器层7和所述弹性保护层6依次层叠设置；

所述传感器层7为具有弹性的导电材料；

所述检测电路与所述传感器层7连接，用于检测所述传感器层7的参数变化。

在弹性基底层8和弹性保护层6之间设置传感器层7，且传感器层7的材料为具有弹性的导电材料，并将传感器层7与检测电路连接。

在使用的时候，将弹性基底层8进行固定后，将需要检测形变的物体与弹性保护层6相抵。当物体由于向弹性保护体方向压紧而发生形变的时候，弹性保护体跟随物体一起发生形变，进而引起传感器层7发生形变，导致传感器层7的各项参数发生变化，此时，通过检测电路对传感器层7的参数进行检测后，通过参数的变化，即可对物体产生的形变进行计算得出。

具体计算的数据比例，需根据不同的物体传导力的比例和检测不同传感器层7的材质来确定。

需要指出的是，物体还可以是向远离弹性保护体的方向移动，此时，需要将弹性保护体与物体进行粘合，即弹性保护体能够随物体一起移动，进而能够带动从传感器层7发生形变，带来传感器层7的参数变化，进而得出最终的形变数据。

在本实施例中，弹性保护层6的材质可以是橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构、弹性塑料结构等，其只要能够起到保护传感器层7的作用即可。

同样，弹性基底层8的材质也可以是橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构、弹性塑料结构等，其能够从传感器层7的另一侧对传感器层7进行保护即可。

优选的实施方式为，所述传感器层7为石墨烯电路层、微片层、碳纳米管电路层、碳粉电路层、金属材料层、金属氧化物镀膜层、导电化合物结晶材料、无机非金属晶体电路和/或有机导电材料电路。

传感器层7的工作原理如下：

以石墨作为传感器层7的材料为例：将石墨烯在1-5000个原子层厚度上形成网络结构，网络可以是六角形，四边形三角形，编制形等等方式。当传感器层7附着的弹性保护层6受到形变，由于1-5000个原子层厚度上形成网络结构，自身没有刚性，会随着弹性保护层6形变，从微观结构上可以认为构成传感器层7的电路会在一定方向上拉伸。如图2-图5所示，拉升距离为D1-D。同时敏感层被拉升后原子之间距离变化，造成电阻等参数的变化。然后当弹性保护层6型变恢复，传感器电路层附着在弹性保护层6上也一起恢复，同时电阻恢复。

在本实施例中，传感器层7的材质可以是石墨烯电路层、微片层、碳纳米管电路层、碳粉电路层、金属材料层、金属氧化物镀膜层、导电化合物结晶材料、无机非金属晶体电路和/或有机导电材料电路等，但其不仅仅局限于上述罗列出的几种，其还可以是其他的材质，也就是说，其只要能够满足具有弹性且能够导电的特性即可。

优选的实施方式为，所述检测电路为电阻检测电路，用于检测所述传感器层7的电阻值变化。

在本实施例中，检测电路为电阻检测电路，即主要用于检测传感器层7的电阻值的变化，通过电阻值的变化来判断物体发生的形变。

需要指出的是，在本实施例中的检测电路为电阻检测电路，但其不仅仅局限于电阻检测电路，其还可以是其他参数的检测电路，如可以是电容、电压、电感、光学性能(如透光性、颜色等)等参数的变化的检测电路，也就是说，其只要能够通过传感器层7的参数变化来判断物体发生的形变即可。

优选的实施方式为，所述检测电路包括输入端、输出端、虚地端和匹配电阻；

所述匹配电阻的一端连接所述输入端，另一端连接所述输出端；

所述传感器层7的一端连接所述输出端，另一端连接所述虚地端，用于通过所述输出端的电压变化来检测所述传感器层7的电阻变化，进而计算所述传感器层7的形变。

在本实施例中，检测电路为电阻检测电路，其电路图如图6所示，其中，R1是匹配电阻、R2为微型变传感器、Vi n是输入电压、Vout是输出电压。

其检测原理为：

在R1和R2的总电压不变的情况下，当R2的电阻值发生变化时，输出电压Vout的数值也会发生变化，之后对Vout输出电压值进行测量后，通过公式(1)

进行计算，可以得出传感器层7的电阻变化，进而根据力的传递关系可以得到上部刚性体1和下部刚性体4之间的位移变化D-D1。

本发明还提供了一种感知微距变化的装置，其包括上部刚性体1、下部刚性体4和上述的微距感知传感器2；

所述上部刚性体1和所述下部刚性体4分别设置在所述微距感知传感器2的相对两侧。

通过上部刚性体1和下部刚性体4的传递，将需检测物体的形变传递给微距感知传感器2，同时，由于上部刚性体1和下部刚性体4为刚性材质，其能够有效的保护微距感知传感器2。

上部刚性体1和下部刚性体4由刚性材料构成，中间的微型变传感器内部的弹性保护层6和弹性基底层8可以被压缩和拉升，当上部刚性体1和下部刚性体4相对距离减少或增加时，由于压块5和下固定块是刚性材料，不能压缩或拉升，而且相互错开，故微型变传感器的和压块5接触的弹性保护层6和弹性下保护层会被局部错位的弯曲型变。

弹性保护层6和弹性下保护层会被局部错位的弯曲型变时，传感器层7夹弹性保护层6和弹性基底层8之间，也会随之型变，传感器层7的型变会产生电阻的变化。

通过检测电阻的变化量可以检测上部刚性体1和下部刚性体4之间的压缩或拉升的距离变化从D变化到D1。

优选的实施方式为，感知微距变化的装置还包括弹性体3；

所述弹性体3设置在所述上部刚性体1和所述下部刚性体4之间，且所述弹性体3设置在所述微距感知传感器2的四周。

在微距感知传感器2的周围还设置有弹性体3，用于对微距感知传感器2进行保护，同时，弹性体3的材质需要是具有弹性的材质，使其能够跟随微距感知传感器2的形变为发生形变。

优选的实施方式为，所述弹性体3的材质为橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构和/或弹性塑料结构。

在本实施例中，弹性体3的材质可以为橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构和/或弹性塑料结构等具有弹性的材料。

但弹性体3不仅仅局限于上述所列出的材料，其只要是具有弹性的材料，能够在起到对微距感知传感器2进行保护作用的同时，还能够跟随微距感知传感器2的传感器层7一切发生形变即可。

优选的实施方式为，感知微距变化的装置还包括压块5；

所述压块5分别设置在所述微距感知传感器2相对的两侧，且分别设置在所述微距感知传感器2相对的两端。

如图4和图5所示，在本实施例中，压块5为两块，分别设置在微距感知传感器2相对的两侧，且分别与上部刚性体1和下部刚性体4固定连接，且分别设置在微距感知传感器2相对的两端。

这样的设置，在上部刚性体1或下部刚性体4受到挤压而给压块5施加压力时，微距感知传感器2两侧的压块5均向靠近微距感知传感器2的方向移动，继而使微距感知传感器2产生形变，且由于压块5设置在微距感知传感器2相对的两侧，因此，其产生的形变被进行放大，继而电阻的变化较大，进而比较容易的得出通过本装置测出的物体的形变。

在本实施例中，压块5与上部刚性体1或下部刚性体4的连接方式为粘接，需要指出的是，其不仅仅局限于粘接，其还可以是其他的连接方式，如可以是铆接、可以是焊接等，其只要能够将两者固定连接在一起，且不影响微距感知传感器2的使用效果即可。

优选的实施方式为，感知微距变化的装置还包括压块5；

所述压块5设置在所述微距感知传感器2靠近所述上部刚性体1的一侧；

所述压块5设置在所述微距感知传感器2的中部。

如图2和图3所示，压块5的设置方式还可以是只有一块，其将压块5固定设置在微距感知传感器2的一侧的中部，在本实施例中压块5固定设置在微距感知传感器2靠近上部刚性体1的一侧，其也可以是设置在靠近下部刚性体4的一侧。

在上部刚性体1或下部刚性体4受压或收到拉力时，能够带动微距感知传感器2上的传感器层7的中部发生形变，进而将电阻变化的信号进行放大，达到便于检测的目的。

本发明还提供了一种微距检测方法，将上述的微距感知传感器2设置在需检测位置，检测所述微距感知传感器2的所述传感器层7的电阻变化，根据所述传感器层7的电阻变化计算所述微距感知传感器2检测位置的间距变化。

上部刚性体1和下部刚性体4由刚性材料构成，中间的弹性体3和微型变传感器可以被压缩和拉升，当上部刚性体1和下部刚性体4相对距离减少或增加时，同时微型变传感器和弹性体3都会被压缩和拉升。

微型变传感器的压缩和拉伸会产生电性能的变化，可以是电阻变化，也可以是电容变化，或者是电感变化，或者是透光率，颜色等光学变化。

通过检测这些物理量的变化量可以检测上部刚性体1和下部刚性体4之间的压缩或拉升的距离变化，进而得出最终需要检测的形变的结果。

本发明提供的微距感知传感器2、感知微距变化的装置及微距检测方法，将能够导电的传感器层7设置在需检测形变的物体上,通过检测电路来对传感器层7的参数进行检测,通过参数的变化来判断传感器层7的变化,进而得出检测位置或检测的物体的形变,实现对微形变的检测。本发明的装置制作简单,使用方法方便。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种感知微距变化的装置，其特征在于，包括上部刚性体、下部刚性体、微距感知传感器和压块；

所述上部刚性体和所述下部刚性体分别设置在所述微距感知传感器的相对两侧；

所述压块分别设置在所述微距感知传感器相对的两侧，且分别设置在所述微距感知传感器相对的两端；

或所述压块设置在所述微距感知传感器靠近所述上部刚性体的一侧，并且所述压块设置在所述微距感知传感器的中部；

所述微距感知传感器，包括弹性基底层、传感器层、弹性保护层和检测电路；

所述弹性基底层、所述传感器层和所述弹性保护层依次层叠设置；

所述传感器层为具有弹性的导电材料；

所述检测电路与所述传感器层连接，用于检测所述传感器层的参数变化。

2.根据权利要求1所述的感知微距变化的装置，其特征在于，所述传感器层为石墨烯电路层、微片层、碳纳米管电路层、碳粉电路层、金属材料层、金属氧化物镀膜层、导电化合物结晶材料、无机非金属晶体电路或有机导电材料电路。

3.根据权利要求2所述的感知微距变化的装置，其特征在于，所述检测电路为电阻检测电路，用于检测所述传感器层的电阻值变化。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的感知微距变化的装置，其特征在于，所述检测电路包括输入端、输出端、虚地端和匹配电阻；

所述匹配电阻的一端连接所述输入端，另一端连接所述输出端；

所述传感器层的一端连接所述输出端，另一端连接所述虚地端，用于通过所述输出端的电压变化来检测所述传感器层的电阻变化，进而计算所述传感器层的形变。

5.根据权利要求1所述的感知微距变化的装置，其特征在于，还包括弹性体；

所述弹性体设置在所述上部刚性体和所述下部刚性体之间，且所述弹性体设置在所述微距感知传感器的四周。

6.根据权利要求5所述的感知微距变化的装置，其特征在于，所述弹性体的材质为橡胶、硅胶、有机硅胶、泡棉、亚克力胶、发泡塑料、发泡金属、弹性金属结构或弹性塑料结构。

7.一种微距检测方法，其特征在于，将权利要求1所述的感知微距变化的装置设置在需检测位置，检测所述感知微距变化的装置的所述传感器层的电阻变化，根据所述传感器层的电阻变化计算所述感知微距变化的装置检测位置的间距变化。