[发明专利]一种触觉传感器

说明书

本发明涉及一种触觉传感器，所述触觉传感器包括传感层，所述传感层包括柔性基底、至少一个应力传感单元和至少一个温度传感单元；所述应力传感单元包括一柔性导电纤维、一顶电极和一底电极，所述柔性导电纤维平铺在所述柔性基底上，所述顶电极可弯曲，当所述顶电极与底电极之间存在电势差时，电流沿所述柔性导电纤维的径向流通；所述温度传感单元包括一感温导电纤维和两个端电极，所述感温导电纤维平铺在所述柔性基底上，当所述两个端电极之间存在电势差时，电流沿所述感温导电纤维的轴向流通。本发明的触觉传感器可以同时独立检测应力和温度，并具备稳定性高、高灵敏度、柔性化、轻量化、阵列化等优点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种触觉传感器。

背景技术

随着科学技术的发展和人们追求美好生活的需求，可穿戴式电子产品、人工智能与机器人领域得到飞速发展，为了实现更加优异的人机交互体验，机器人需要对外界刺激实现高灵敏的快速响应，而作为机器人的“皮肤”的触觉传感器已经成为了一项现实的技术需求。触觉传感器需要能够对外界的温度和应力实现高灵敏度响应，并且具备柔性化、轻量化、阵列化的功能。

现有的可编织的触觉传感器基本上是利用微纳米材料对纺织纤维进行功能层修饰，虽然这能够有效提高传感器的灵敏度，但由于微纳米材料较难实现良好的均一性和结构稳定性，使得这类触觉传感器难以与现有的纺织技术兼容，并且需要封装在硅胶等弹性体内对微纳米材料进行保护，从而导致了单个传感器面积过大，难以真正实现高集成度和高分辨率，这些问题成为这一技术推广至市场的掣肘之处。除此之外，目前有部分专利提及在传感器中采用两根柔性纤维形成的交叉结作为传感单元，这类传感器虽然具备良好的应力传感性能并且可以与纺织技术兼容，但是在面对非垂直应力作用的加载时容易造成交叉结中的纤维发生偏移、错位，甚至断裂，从而引起传感器的性能不稳定、初始电阻漂移等问题，无法进一步集成温度传感功能，继而无法有效实现触觉传感。

因此，发明一种稳定性高、高灵敏度、可编织的触觉传感器是智能可穿戴式电子产品发展的迫切需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种触觉传感器，其可以同时独立检测应力和温度，并具备稳定性高、高灵敏度、柔性化、轻量化、阵列化等优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种触觉传感器，包括传感层，所述传感层包括柔性基底、至少一个应力传感单元和至少一个温度传感单元；

所述应力传感单元包括一柔性导电纤维、一顶电极和一底电极，所述柔性导电纤维平铺在所述柔性基底上，所述顶电极可弯曲，并与所述柔性导电纤维的顶部电接触，所述底电极与所述柔性导电纤维的底部电接触，当所述顶电极与底电极之间存在电势差时，电流沿所述柔性导电纤维的径向流通；

所述温度传感单元包括一感温导电纤维和两个端电极，所述感温导电纤维平铺在所述柔性基底上，所述两个端电极分别与所述感温导电纤维的两端电连接，当所述两个端电极之间存在电势差时，电流沿所述感温导电纤维的轴向流通。

本发明的触觉传感器的工作原理为：

当外界应力（例如以垂直于柔性基底的方向）施加于应力传感单元的柔性导电纤维时，柔性导电纤维会随着应力的作用而发生相应的结构形变，从而导致柔性导电纤维在径向的电阻也发生变化，通过检测这种电阻变化（例如检测顶电极与底电极之间的电压变化），实现对应力的检测；温度传感单元的感温导电纤维的电阻会随温度的改变而发生变化，通过检测感温导电纤维的电阻值（例如检测感温导电纤维两端之间的电阻值），实现对温度的检测。