[发明专利]一种多功能的水下柔性传感器

说明书

本发明公开了一种多功能的水下柔性传感器。传感器主要由第一力传导层、基底层和第二力传导层依次层叠组成，电极层和压敏材料层分别放置在基底层上，第一、二压敏单元分别位于压敏材料层的周围和中央，第一、二压敏单元上均设有两个独立引脚，独立引脚通过电极层中的电极线外接电路板，第一力传导层下表面的中央设有环形墙壁，环形墙壁与基底层密封接触连接，第一力传导层和第二力传导层上设置有相互配合的凸起结构，压敏材料层设置和凸起结构配合的图形，通过三者之间的配合在受压情况下能够使压敏材料层的电阻发生变化。本发明中的传感器可以直接暴露在水中使用，实现对水下环境高量程、低干扰、全过程的力触觉感知和水深检测。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域的一种传感器，尤其是涉及了一种多功能的水下柔性传感器。

背景技术

随着水下机器人技术的发展，以机器人代替潜水员开展巡检、感知、诊断、作业等任务是实现水下设施高效率、低成本智能运维的新途径。在水下机器人上集成触觉感知系统，构建具有力触觉感知能力和反馈的智能机器人，有利于推动人机共融协作的水陆跨域临场感遥操作控制，在我国水下运维应用和海洋资源开发领域存在巨大潜力。

水下机器人对感知能力的要求，主要是在水下执行操作时对抓取物力觉信息的采集和通过检测水下压强来判定所处位置在水下的深度。水下的力触觉感知能力使得机器人在复杂水环境下能够获得丰富的物体表面信息，如形状、软硬、滑移，进而为机器人执行抓取操作提供状态显示和数据反馈。水下深度的感知能力可以使机器人及时采取措施应对不同水下深度环境的突发状况，同时对水下的探索活动都是至关重要的。

柔性电子皮肤技术由于其高柔性、高灵敏度和可穿戴等特点被广泛关注研究，并有望满足水下传感需求。然而，由于水下复杂环境引起的一系列技术故障，相对于空气中的电子皮肤技术，水下柔性传感器技术尚不成熟。通常水生介质如海水等离子导电性强的介质可能会引起电气干扰、短路甚至电化学腐蚀等问题，往往需要额外的防水密封包装来保护各部件免受水的损害，但是这种密封方式不可避免的会引起尺寸变大、柔性变差、灵敏度降低等严峻问题，另外，传感器在水下长时间使用或由于表面所受水压，存在封装泄露导致传感器失效的问题。更重要的是，水环境下水压会随着水深的增加而增大，这对柔性传感器的密封封装和保持较高灵敏度是巨大的考验，且水下环境存在横流和水生生物游动产生的扰动力会对水下传感器的输出信号造成影响。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种多功能的水下柔性传感器，能够实现对水下环境高量程、低干扰、全过程的力触觉感知和水深检测。

本发明采用的技术方案是：

主要由第一力传导层、基底层和第二力传导层依次层叠组成，电极层和压敏材料层分别放置在基底层的外圈和内圈上，压敏材料层经电极层外接电路板；

传感器放在水下，第一力传导层和第二力传导层上设置有相互配合的凸起结构，压敏材料层设置和凸起结构配合的图形，通过第一力传导层、压敏材料层和第二力传导层之间的配合在受压情况下能够使压敏材料层的电阻发生变化，利用电路板测得的压敏材料层的电阻变化，获得传感器在水下的位置信息和在水中受到的压力信息。

所述的压敏材料层包括第一压敏单元和第二压敏单元，第二压敏单元位于压敏材料层的中央，多个第一压敏单元在第二压敏单元周围沿着压敏材料层的周向均匀间隔地布置，第一压敏单元的两侧和第二压敏单元的两侧均设置有两个凸缘分别作为第一压敏单元的两个独立引脚和第二压敏单元的两个独立引脚；

第一压敏单元和第二压敏单元均放置在基底层的上表面，第一压敏单元和第二压敏单元之间存在空隙区。

所述第一力传导层下表面的中央设有环形凸起作为环形墙壁，环形墙壁的下表面与基底层上表面中央密封接触连接，使得环形墙壁之内的第一力传导层和基底层之间形成相对封闭的空腔，压敏材料层中的第二压敏单元位于空腔内部；