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[分享] 触觉传感器:原理、分类与技术前沿

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发表于 2024-1-12 15:51:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
触觉传感器只不过是一个触摸传感器。它提供有关与传感器接触的物体的信息。信息可以是物体的形状,物体的大小甚至材料的类型。该传感器对触摸、压力或其表面的任何力都很敏感。该传感器通常以电容或电阻等电气参数的形式检测上述特性。然后经过进一步处理后,为上述特征创建虚拟映像。这是通过使用其他电路来完成的,我们也称之为相关电路。


触觉传感器的结构
触觉传感器由基本的电子元件组成,如电容器、压敏电阻或光学光源和光学光探测器。上述组件的使用取决于所使用的传感器的类型。这些基本电子元件大量用于形成一个传感器。这些基本的电子元件以阵列的形式铺设,如几行和几列。然后将相关电路与这些基本电子元件结合使用,以进一步处理由电容器、压阻器或光学光源和光学光检测器捕获的数据。


触觉传感器如何工作?  
触觉传感器的工作原理是电子元件的基本原理,如电容变化、电阻率变化和异物干扰引起的光强度变化。电容、电阻或光强度的变化是通过使用该传感器来检测的。然后,此更改用于形成虚拟映像。虚拟图像包含诸如异物干扰对它与传感器接触的所有点施加的压力、异物的形状如何、异物的大小等信息。如果您对这些陈述感到困惑,那么只需考虑指纹传感器即可。它也可以称为一种触觉传感器。
指纹传感器扫描我们的手指,这是该传感器的异物。然后,它通过使用移动电话中的传感器和相关电路或专用指纹传感器来创建虚拟图像。
为了感测异物干扰,使用包含基本组件的阵列或多行和多列。异物与这些组件接触。现在,在接触后,相关电路的输入电气参数发生了变化。然后,相关电路创建一个虚拟映像,用于指纹传感器输出。创建这种虚拟图像或从异物获取数据是传感器的主要目的。


触觉传感器的类型
根据构造它们所需的组件,有不同的类型。三种主要类型的触觉传感器是:
1.电容式触觉传感器
2.压阻式触觉传感器
3.光学触觉传感器


电容式触觉传感器
电容式触觉传感器是当今市场上所有传感器中最著名的传感器之一。电容的变化用于检测被测的触摸、压力或力。接触、压力或力的变化会导致电容器板之间的距离发生变化。现在,随着上述任何数量的变化,都会观察到电容器板之间的距离发生变化,从而产生电容变化的变化。
C = ε0× εr×(÷ d)
C = 板的电容
ε0= 自由空间介电常数
εr= 相对介电常数
A = 板的面积
d = 两个板之间的距离
在这里,面积以及自由空间介电常数和相对介电常数保持不变。只有当传感器表面上存在任何压力、力或接触时,电容器板之间的距离才会改变。
电容器阵列用于制造电容式触觉传感器,每个电容器由行和列上的不同位置标识。每当电容器通过电容变化感测到任何触摸、压力或力时,与电容式触觉传感器相关的电路都会识别电容器的位置。现在通过进一步处理,使用这些相关电路在表面上创建这种触摸、压力或力的虚拟图像,并完成进一步处理。相关电路因最终用户要求而异。与目前可用的其他传感器相比,该传感器的响应有点慢。


压阻式触觉传感器
压阻式触觉传感器也类似于电容式触觉传感器。该传感器是使用最广泛的传感器。该传感器优于电容式触觉传感器,因为与电容式触觉传感器相比,该传感器具有更高的灵敏度。在该传感器中使用压阻式传感器。当施加任何外部压力或外力时,这些传感器的电阻会发生变化。该传感器在许多行中具有一系列压敏电阻,在许多列中具有一系列压敏电阻。
压敏电阻的这些行和列形成如图所示的网格状结构。任何压敏电阻的电阻变化都由相关电路感测。经历电阻变化的压敏电阻的确切位置由该相关电路确定。表面上任何触摸、压力或力的虚拟图像都是由该相关电路创建的。使用这种压阻式触觉传感器的另一个优点是压阻式传感器的迟滞非常低。


光学触觉传感器
光学触觉传感器作用于不断变化的光强度。在该传感器中,测量由于触摸,压力或力引起的光强度变化。光源不断向位于另一端的光检测器发送光。每当这些光源和光探测器之间的任何区域由于表面上的触摸、压力或力而发生形状变化时,就会观察到光强度的变化。


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