CN208968716U - 一种传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传感器。该传感器包括：压电驻极体传感器、压阻传感器、保护件和缓冲层，缓冲层设置在压电驻极体传感器和压阻传感器之间，压电驻极体传感器、压阻传感器和缓冲层嵌入保护件中。本实用新型实施例提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

Description

一种传感器

技术领域

本实用新型实施例涉及检测技术，尤其涉及一种传感器。

背景技术

在全国各类残疾人中，肢体残疾人口最多，肢体残疾人需要穿戴人工肢体(即假肢)以辅助其日常生活和工作。现有技术中通常在假肢上加入触觉传感器，可实时反馈假肢与物体之间的运动状态，并作为假肢控制***的实时控制信号，实现假肢高成功率抓握的闭环控制，触觉传感器包括压阻传感器、压电传感器和压容传感器等。

在实现本实用新型过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在如下问题：由于触觉传感器采用非柔性材料，导致其不易安装在假肢表面；单一触觉传感器同时检测触觉信号中正压力信号和滑动信号时，存在着两者检测效果不可兼得的现象，如针对满足实际抓握要求量程的压阻传感器来说，其可实现稳定且直观的检测正压力信号，但存在着检测滑动信号不够灵敏且分辨率低的问题；针对压电传感器来说，其对滑动信号检测具有较高的灵敏度，但存在着检测正压力信号处理算法复杂以及延迟所导致的无法满足实时检测正压力信号要求的问题。利用上述触觉传感器将导致检测触觉信号的准确率不高，进而影响了假肢的应用效果。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种传感器，以提高触觉传感器检测触觉信号的准确率。

本实用新型实施例提供了一种传感器，该传感器包括：压电驻极体传感器、压阻传感器、保护件和缓冲层，所述缓冲层设置在所述压电驻极体传感器和所述压阻传感器之间，所述压电驻极体传感器、所述压阻传感器和所述缓冲层嵌入所述保护件中。

进一步的，所述保护件包括第一保护层和第二保护层，所述第一保护层贴覆于所述压电驻极体传感器外表面，所述第二保护层贴覆于所述压阻传感器外表面。

进一步的，所述压电驻极体传感器由柔性材料制成。

进一步的，所述缓冲层为胶纸。

进一步的，所述胶纸为双面胶。

进一步的，所述保护件为绝缘材料。

进一步的，所述保护件为上端开口的立方体。

本实用新型实施例通过将缓冲层设置在压电驻极体传感器和压阻传感器之间，并将压电驻极体传感器、压阻传感器和缓冲层嵌入保护件中，形成可用于检测触觉信号的复合传感器，提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的一种传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中的另一种传感器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二中的一种传感器的制备方法的流程图；

图4是本实用新型实施例三中的一种传感器的制备方法的流程图；

图5是本实用新型实施例四中的一种传感器的制备方法的流程图。

具体实施方式

下述各实施例中，每个实施例中同时提供了可选特征和示例，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案，不应将每个编号的实施例仅视为一个技术方案。下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种传感器的结构示意图，本实施例可适用于检测触觉信号的情况，如图1所示，该传感器具体可以包括：压电驻极体传感器11、压阻传感器12、保护件13和缓存层14，下面对其结构和功能进行说明。

缓冲层14设置在压电驻极体传感器11和压阻传感器12之间，压电驻极体传感器11和压阻传感器12嵌入保护件13中。

在本实用新型的实施例中，在假肢中加入触觉传感器来实现实时反馈假肢与物体之间的运动状态，并作为假肢控制***的实时控制信号，实现假肢高成功率抓握的闭环控制。上述通过触觉传感器实现假肢控制，需要准确识别触觉信号，常见触觉信号包括正压力信号和动态信号，动态信号可以包括接触信号、滑动信号和脱离信号等。而可以正确识别触觉信号的前提是采集到的触觉信号的满足数据处理要求。为了实现采集到的触觉信号满足数据处理要求，就对采集触觉信号的触觉传感器的性能提出了相应的要求。换句话说，需要选择合适的触觉传感器来采集对应的触觉信号。常见的触觉传感器包括压阻传感器、压容传感器和压电传感器等。其中；

针对压阻传感来说，当选择满足实际应用需求的量程来说，示例性的，如满足假肢手抓握力需求的量程，其量程较大，在选择的压阻传感器的量程较大的情况下，采用压阻传感器检测动态信号，将存在如下问题：其一、由于压阻传感器输出响应曲线呈抛物线形状，其灵敏度将随着压力增大而减小，因此，在较大正压力作用下，其对动态信号不敏感；其二、如果动态信号比较微弱，则由于选择的压阻传感器的量程较大，其分辨率较低，导致其无法识别微弱的动态信号。上述使得较大量程的压阻传感器，无法满足实时检测动态信号的应用要求。为了满足实时检测动态信号的应用要求而选择小量程时，又因为量程过小，无法满足实际应用级别的正压力检测要求，如无法满足实际应用级别的抓握力检测要求。此外，无论针对较大量程的压阻传感器，还是较小量程的压阻传感器来说，压阻传感器本身很难识别光滑物体表面(如假肢手指表面)的动态信号。可以理解到，上述导致压阻传感器无法较好实现对触觉信号的检测，即较大量程的压阻传感器无法较好实现对动态信号的检测，而较小量程的压阻传感器无法实现对正压力的检测，并且为了使较大量程的压阻传感器可以较好实现对动态信号的检测，则需要耗费更长时间。

针对压电传感器来说，其在较宽的范围内对动态信号具有高灵敏度的特性，但由于压电材料自身存在电荷恢复期长的缺点，导致目前的压电传感器检测触觉信号还仅仅停留在科研层面，无法满足实际应用的实时检测要求。具体为：压电传感器检测正压力信号时，先对压电传感器输出电压对时间积分后得到的该正压力作用下输出信号的完整波形的面积，再根据面积与正压力之间的近似线性关系换算出当前正压力的大小。在这个过程中，由于压电传感器在受力到电荷重新恢复至平衡状态需要时间，从而导致当前正压力信号的单个完整波形的周期较长，达到0.5s以上，此时想要检测到当前正压力的大小需要对0.5s的波形进行积分，时间消耗过长，无法满足实时正压力检测的要求。常用的压电传感器为由聚偏氟乙烯(PVDF)材料制成的。

基于上述，可以考虑将压电传感器和压阻传感器进行结合，制作一个复合传感器，即利用压阻传感器实时检测正压力信号的大小，利用压电传感器实时检测动态信号的大小，且利用上述复合传感器可以实现对同一检测部位同步采集正压力信号和动态信号。此外，由于需要将触觉传感器放置于假肢表面来采集触觉信号，如需要将触觉传感器放置于假肢手指表面来采集触觉信号，上述表面面积有限，且为了采集到准确的触觉信号，也需要触觉传感器可以实现很好地贴覆于假肢表面。因此，对触觉传感器的尺寸以及触觉传感器的材质也提出了相应的要求。

可以理解到，针对由单独的压阻传感器和单独的压电传感器构成的采集***来说，该采集***如果想要实现对同一检测部位的测量，则需要先后将其放置于检测部位，这样将导致无法实现同步采集；该采样***如果想要实现同步采集正压力信号和动态信号，则由于是两个单独的传感器，可能存在表面面积过小无法同时放置两个传感器的问题，这样便无法实现同步采集。此外，即使表面面积允许可以同时放置两个传感器，但也无法实现对同一检测部位的检测。

基于上述，可以理解到，由于压阻传感器对动态信号不敏感，而压电传感器无法满足实时正压力检测的要求，因此，如果单独采用压阻传感器或者单独采用压电传感器进行触觉信号的检测，均无法达到实际应用要求。通过将压阻传感器和压电传感器进行结合，制作成复合传感器，该复合传感器具有压阻传感器和压电传感器各自的优点，实现了从总体上提升了触觉传感器检测触觉信号的性能。

该传感器可以包括：压电驻极体传感器11、压阻传感器12、保护件13和缓冲层14，其中，缓冲层14设置在压电驻极体传感器11和压阻传感器12之间，压电驻极体传感器11、压阻传感器12和缓冲层14嵌入保护件13中。

压电驻极体传感器11是压电传感器的一种，具有轻、薄和软的特点，因其压电响应大，具有较高线性度。压电驻极体传感器11在工作温度范围内受温度变化的影响小，灵敏度比PVDF高一个量级，适合于对触觉信号中动态信号的实时检测。为了实现压电驻极体传感器11可以更好的贴覆于假肢表面，可以选用柔性材料，具体柔性材料可以根据实际情况进行选择，在此不作具体限定。示例性的，如聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneNphthalate，PEN)等材料。压电驻极体传感器11可以是单层包含有大量蜂窝状孔洞的封闭薄膜(多孔膜)，也可以是通过并联或串联的方式叠加形成的多层多孔膜，多层多孔膜结构可以增强压电驻极体传感器11的灵敏度。压阻传感器12可以为满足实际抓握条件下抓握力测量要求的传感器。保护件13可以用于保护压电驻极体传感器11、压阻传感器12和缓冲层14，防止磨损。此外，要求保护件13的表面具有较高的粗糙度，起到放大滑动信号产生时的震动信号。保护件13可以选用绝缘材料，绝缘材料种类不限，只要具备良好的力学性质且能够均匀地传递压力即可。保护件13具体结构形式可以为开口的整体保护件，也可以为由两个保护层构成的非整体保护件，具体结构形式可以根据实际情况进行确定，在此不作具体限定。只要可以使压电驻极体传感器11和压阻传感器12嵌入其中即可。示例性的，如保护件13可以为上端开口的立方体，保护件13具体形式还可以包括两个保护层，两个保护层分别贴覆于压电驻极体传感器11和压阻传感器12的外表面。缓冲层14可以用于缓解当硬度较大的物体作用在压电驻极体传感器11表面瞬间产生的一系列的高频震荡所导致的压电驻极体传感器11输出信号出现抖动的现象。缓冲层14也可以选用绝缘材质，具有较好的压力信号传递特性即可，具体可以根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。示例性的，如缓冲层14选用胶纸。

本实施例的技术方案，通过将缓冲层设置在压电驻极体传感器和压阻传感器之间，并将压电驻极体传感器、压阻传感器和缓冲层嵌入保护件中，形成可用于检测触觉信号的复合传感器，提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

可选的，如图2所示，在上述技术方案的基础上，保护件13具体可以包括第一保护层131和第二保护层132，第一保护层131贴覆于压电驻极体传感器11外表面，第二保护层132贴覆于压阻传感器12外表面。

在本实用新型的实施例中，保护件13具体可以包括第一保护层131和第二保护层132，其中，第一保护层131贴覆于压电驻极体传感器11外表面，第二保护层132贴覆于压阻传感器12外表面。第一保护层131和第二保护层132用于保护压电驻极体传感器11、压阻传感器12和缓冲层14，防止磨损。此外，要求第一保护层131和第二保护层132的表面具有较高的粗糙度，起到放大滑动信号产生时的震动信号。第一保护层131和第二保护层132也可以选用绝缘材料，绝缘材料种类不限，只要具备良好的力学性质且能够均匀地传递压力即可。

可选的，在上述技术方案的基础上，压电驻极体传感器11可以由柔性材料制成。

可选的，在上述技术方案的基础上，缓冲层14可以为胶纸。

可选的，在上述技术方案的基础上，胶纸可以为双面胶。

在本实用新型的实施例中，需要说明的是，双面胶在干结后将不会影响压力信号的传递。

可选的，在上述技术方案的基础上，保护件13可以为绝缘材料。

可选的，在上述技术方案的基础上，保护件13具体可以为上端开口的立方体。

在本实用新型的实施例中，保护件13具体可以为上端开口的立方体，压电驻极体传感器11、压阻传感器12和缓冲层14嵌入上端开口的立方体中。

实施例二

图3为本实用新型实施例二提供的一种传感器的制备方法的流程图，本实施例可适用于检测触觉信号的情况。如图3所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取压电驻极体传感器和压阻传感器，压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配。

步骤120、压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层。

步骤130、将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器。

在本实用新型的实施例中，获取压电驻极体传感器和压阻传感器，其中，压阻传感器需要满足预设条件，预设条件具体可以包括尺寸、形状和量程。同时，为了使制备出的复合传感器具体较好的信号检测效果，需要使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，而可能获取到的压电驻极体传感器的尺寸并不满足上述要求，需要对压电驻极体传感器进行剪切，以满足上述要求。在压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层，可以作如下理解：压电驻极体传感器位于压阻传感器上方，使压电驻极体传感器的下表面与缓冲层的上表面粘接，压阻传感器的上表面和缓冲层的下表面粘接。将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器。

需要说明的是，压电驻极体传感器可以选用柔性材料，具体柔性材料可以根据实际情况进行选择，在此不作具体限定。示例性的，如聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneNphthalate，PEN)等材料。压电驻极体传感器以是单层包含有大量蜂窝状孔洞的封闭薄膜(多孔膜)，也可以是通过并联或串联的方式叠加形成的多层多孔膜，多层多孔膜结构可以增强压电驻极体传感器的灵敏度。保护件可以用于保护压电驻极体传感器、压阻传感器和缓冲层，防止磨损。此外，要求保护件的表面具有较高的粗糙度，起到放大滑动信号产生时的震动信号。保护件可以选用绝缘材料，绝缘材料种类不限，只要具备良好的力学性质且能够均匀地传递压力即可。保护件具体结构形式可以为开口的整体保护件，也可以为由两个保护层构成的非整体保护件，具体结构形式可以根据实际情况进行确定，在此不作具体限定。只要可以使压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入其中即可。示例性的，如保护件13可以为上端开口的立方体，保护件13具体形式还可以包括两个保护层，两个保护层分别贴覆于压电驻极体传感器11和压阻传感器12的外表面。缓冲层可以用于缓解当硬度较大的物体作用在压电驻极体传感器表面瞬间产生的一系列的高频震荡所导致的压电驻极体传感器输出信号出现抖动的现象。缓冲层也可以选用绝缘材质，具有较好的压力信号传递特性即可，具体可以根据实际情况进行设定，在此不作具体限定。示例性的，如缓冲层选用胶纸，胶纸可以为双面胶。

本实施例的技术方案，通过获取压电驻极体传感器和压阻传感器，压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到了可用于检测触觉信号的复合传感器，提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

可选的，在上述技术方案的基础上，获取压电驻极体传感器和压阻传感器，压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，具体可以包括：选取压电驻极体传感器和满足预设条件的压阻传感器，预设条件包括尺寸、形状和量程。对压电驻极体传感器进行剪切，以使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配。

在本实用新型的实施中，获取压电驻极体传感器和压阻传感器，压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，具体可作如下理解：选取压电驻极体传感器和满足预设条件的压阻传感器，其中，预设条件具体可以包括尺寸、形状和量程，量程需要满足假肢在日常抓握过程中实际抓握力的测量需求，尺寸和形状需要满足可以较好的贴覆于假肢表面。为了使制备出的复合传感器具体较好的信号检测效果，需要使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，而可能选取的压电驻极体传感器的尺寸并不满足上述要求，需要对压电驻极体传感器进行剪切，以满足上述要求。

可选的，在上述技术方案的基础上，保护件具体可以包括第一保护层和第二保护层。

可选的，在上述技术方案的基础上，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器，具体可以包括：将第一保护层贴覆于压电驻极体传感器外表面，第二保护层贴覆于压阻传感器外表面。将压电驻极体传感器、压阻传感器、第一保护层、第二保护层和缓冲层封装，得到复合传感器。

在本实用新型的实施例中，当保护件具体可以包括第一保护层和第二保护层时，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器，可以作如下理解：将第一保护层贴覆于压电驻极体传感器外表面，第二保护层贴覆于压阻传感器外表面，将压电驻极体传感器、压阻传感器、第一保护层、第二保护层和缓冲层进行封装，得到复合传感器。

可选的，在上述技术方案的基础上，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器，具体可以包括：将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入上端开口的立方体中，得到复合传感器。

在本实用新型的实施例中，当保护件可以为上端开口的立方体时，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器，可以作如下理解：将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入保护件中，得到复合传感器。

实施例三

图4为本实用新型实施例三提供的一种传感器的制备方法的流程图，本实施例可适用于检测触觉信号的情况。如图4所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤210、选取压电驻极体和满足预设条件的压阻传感器，预设条件包括尺寸、大小和量程。

步骤220、对压电驻极体传感器进行剪切，以使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配。

步骤230、压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层。

步骤240、将第一保护层贴覆于压电驻极体传感器外表面，第二保护层贴覆于压阻传感器外表面。

步骤250、将压电驻极体传感器、压阻传感器、第一保护层、第二保护层和缓冲层封装，得到复合传感器。

本实施例的技术方案，通过选取压电驻极体和满足预设条件的压阻传感器，预设条件包括尺寸、大小和量程，对压电驻极体传感器进行剪切，以使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，在压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层，将第一保护层贴覆于压电驻极体传感器外表面，第二保护层贴覆于压阻传感器外表面，并将压电驻极体传感器、压阻传感器、第一保护层、第二保护层和缓冲层封装，得到了可用于检测触觉信号的复合传感器，提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

实施例四

图5为本实用新型实施例四提供的一种传感器的制备方法的流程图，本实施例可适用于检测触觉信号的情况。如图5所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤310、选取压电驻极体和满足预设条件的压阻传感器，预设条件包括尺寸、大小和量程。

步骤320、对压电驻极体传感器进行剪切，以使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配。

步骤330、压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层。

步骤340、将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入上端开口的立方体中，得到复合传感器。

本实施例的技术方案，通过选取压电驻极体和满足预设条件的压阻传感器，预设条件包括尺寸、大小和量程，对压电驻极体传感器进行剪切，以使压电驻极体传感器与压阻传感器的敏感区域匹配，在压电驻极体传感器和压阻传感器之间填充缓冲层，将填充缓冲层的压电驻极体传感器和压阻传感器嵌入上端开口的立方体中，得到了可用于检测触觉信号的复合传感器，提高了触觉传感器检测触觉信号的准确率。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种传感器，其特征在于，包括：压电驻极体传感器、压阻传感器、保护件和缓冲层，所述缓冲层设置在所述压电驻极体传感器和所述压阻传感器之间，所述压电驻极体传感器、所述压阻传感器和所述缓冲层嵌入所述保护件中。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护件包括第一保护层和第二保护层，所述第一保护层贴覆于所述压电驻极体传感器外表面，所述第二保护层贴覆于所述压阻传感器外表面。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压电驻极体传感器由柔性材料制成。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述缓冲层为胶纸。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述胶纸为双面胶。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护件为绝缘材料。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述保护件为上端开口的立方体。