觸覺壓力傳感器壓力測量方式 兩個測量電氣的基本特性

觸覺傳感涉及測量兩個表面之間直接物理接觸區(qū)域的力和壓力分布。然而，雖然可以使用常見的力和壓力測量方法，但所應(yīng)用的機(jī)制通常要復(fù)雜得多。

壓力是一個標(biāo)量值，定義為特定區(qū)域上的力?？梢詫⒘σ暈榫哂刑囟ù笮『头较虻氖噶?。傳統(tǒng)的單軸力測量設(shè)備，例如稱重傳感器，可以結(jié)合精密彎曲以將接觸聚焦到單個、控制良好的點(diǎn)，在該點(diǎn)可以隔離和測量三個方向分量中的一個或多個。

然而，當(dāng)考慮薄而靈活的觸覺壓力傳感器時，試圖捕捉的是兩個表面之間的相互作用，因此這些復(fù)雜的測量必須在表面相互作用邊界進(jìn)行，同時盡量減少傳感器本身對傳感器的影響和侵入。塊。應(yīng)用。這意味著準(zhǔn)確設(shè)計、校準(zhǔn)和驗(yàn)證觸覺傳感器的性能是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，需要仔細(xì)考慮。本文檔旨在作為指南，以更好地了解影響校準(zhǔn)的參數(shù)以及過程和最終結(jié)果本身。

觸覺感應(yīng)技術(shù)

當(dāng)前所有的商業(yè)觸覺傳感方式通常都基于測量兩個基本電氣特性之一：電阻或電容。

PPS傳感器技術(shù)的開發(fā)始于1990年代初的哈佛機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，其目標(biāo)是使機(jī)器人具有“觸覺”。該技術(shù)專注于基于電容的觸覺壓力測量，其中由絕緣電介質(zhì)隔開的兩個不同的金屬導(dǎo)體形成一個電容器。

以法拉(F)為單位測量的簡單平面電容器的電容(C)由公式1給出：

·導(dǎo)體板寬度（w）（mm）

·導(dǎo)體板深度(b)(mm)

·板面積(A)(mm2)

·平行板間位移(x)(mm)

·介電常數(shù)(e)(F m–1)

·自由空間的介電常數(shù)(e0)(8.85′10–12 F m–1)

·相對介電常數(shù)(eR)（無量綱）

一個或兩個導(dǎo)體板上的力會導(dǎo)致平行板之間的位移(x)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容發(fā)生變化，這可以通過電學(xué)測量和量化，從而允許從該值推斷輸入壓力。這些板的偏轉(zhuǎn)（通常為50毫米量級）導(dǎo)致非常高的靈敏度、可重復(fù)性和隨時間推移的穩(wěn)定性。

由于變化的傳感器參數(shù)實(shí)際上是板之間的位移(x)，因此由于參數(shù)在公式1的分母中的位置，電容相對于該位移的變化是非線性的。

因此，典型的未校準(zhǔn)PPS觸覺傳感器將具有固有非線性的響應(yīng)曲線，在低壓下具有較高的靈敏度，而在較高壓力下具有較低的靈敏度。這種非線性特性具有雙重優(yōu)勢，即在低壓下具有良好的靈敏度，同時允許更高的滿量程范圍。

由于測量電容比測量電阻變化更困難，電容傳感器歷來更加復(fù)雜和昂貴，同時還具有較低的掃描速率。

值得注意的是，PPS已經(jīng)研究和開發(fā)了許多具有不同相對介電常數(shù)的專有介電間隔材料，以在低壓和高壓之間實(shí)現(xiàn)最佳靈敏度和機(jī)械壓力測量性能。

審核編輯：湯梓紅