如何自制柔性傳感器，一些自制柔性傳感器的想法

（文章來(lái)源：阿旭的世界）

柔性傳感器采用柔性材料構(gòu)成，具有很好的延展性，能夠根據(jù)被測(cè)物體的形狀來(lái)進(jìn)行彎曲和變化，由于它的使用靈活性，被用到了包括可穿戴、紡織品，醫(yī)療等很多領(lǐng)域。

早些年我也接觸過(guò)很多的柔性傳感器廠家，大多是國(guó)外的公司，他們的傳感器種類繁多，應(yīng)用的領(lǐng)域也很廣泛，但是有一個(gè)很讓人頭疼的問(wèn)題就是價(jià)格太高，這個(gè)確實(shí)也沒(méi)有辦法，因?yàn)楫?dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有可以替代的同類產(chǎn)品。從那時(shí)起，我開(kāi)始關(guān)注這方面的研究和進(jìn)展，同樣也結(jié)合實(shí)際工作需要，想通過(guò)一些方法實(shí)現(xiàn)同樣的傳感器功能，我知道這需要先了解國(guó)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理和采集方式。

柔性傳感器大多是通過(guò)自身形變來(lái)反應(yīng)某個(gè)參數(shù)的變化，目前來(lái)說(shuō)，從我接觸的傳感器類型一般以電阻型和電容型傳感器居多，兩種類型的傳感器各有特點(diǎn)，可以適合很多的應(yīng)用場(chǎng)景，既然要自制傳感器，首先至少需要了解這兩種類型傳感器的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)：

一、電阻型柔性傳感器，這種類型的傳感器輸出的參數(shù)為電阻值，你可以把它想象成可變電阻器，只不過(guò)它的電阻變化不是通過(guò)滑桿，而是通過(guò)形變，比較常見(jiàn)的電阻型柔性傳感器就是壓阻片，這個(gè)應(yīng)用也很廣泛，一些智能鞋墊的設(shè)計(jì)采用了這種壓阻片。除了壓阻片，其實(shí)我更感興趣的是可穿戴織物，它也是電阻型柔性傳感器的一種，這種傳感器以彈力布為基材，印刷導(dǎo)電銀漿或碳漿，它很容易加工，可以按照自己的需求隨意定制，適合大規(guī)模生產(chǎn)，主要用于檢測(cè)變化量較大的信號(hào)，由于價(jià)格比較便宜，很適合作為一次性耗材使用。

二、電容型柔性傳感器，這種類型的傳感器原理是通過(guò)形變改變導(dǎo)電材料之間的距離從而改變自身的電容特性，它受環(huán)境的影響很大，所以一般采取間接接觸的方式來(lái)采集數(shù)據(jù)，優(yōu)勢(shì)是靈敏度通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以做得很好，由于基材的原因，一般適合于微小形變檢測(cè)，采用陣列式布局的產(chǎn)品更有市場(chǎng)前景，由于用實(shí)物講解比較不容易理接，我們還是用圖片說(shuō)明：

我們把上圖中的黑色條紋當(dāng)作電容傳感器的表面電極，白色部分是柔性傳感器的基材也就是絕緣部分，想象一下我們通過(guò)左右拉伸，每條黑色條紋之間的距離會(huì)加大，電容的大小和黑色條紋之間的距離成反比，這樣通過(guò)外部電路就可以檢測(cè)到這種變化從而獲取被測(cè)物體的變化特征。

原理部分我們已經(jīng)清楚了，下面回歸我們之前的問(wèn)題，如何自制柔性傳感器？既然要自制傳感器，那么我們先假定一個(gè)需求，這個(gè)其實(shí)也是我目前在考慮做的一個(gè)傳感器：檢測(cè)圓心與徑向兩個(gè)維度的柔性傳感器，我的想法是采用電阻式柔性傳感器設(shè)計(jì)模式，大體的形狀和外形見(jiàn)下圖：

看起來(lái)像是一個(gè)打靶紙，我想這么設(shè)計(jì)傳感器的外形，首先柔性傳感器的基材為彈力布，紅色部分為導(dǎo)電銀印刷部分，白色部分為導(dǎo)電碳漿印刷部分，之所以這么設(shè)計(jì)是應(yīng)為我想?yún)^(qū)分不同的形變特征，想象一下當(dāng)你用手指在中心點(diǎn)施加壓力時(shí)，圓環(huán)之間的導(dǎo)電碳漿層將被拉伸從而造成電阻值變大，這個(gè)實(shí)現(xiàn)了圓心方向的形變檢測(cè)；當(dāng)整個(gè)柔性傳感器向四周拉伸時(shí)，紅色圓周直徑將變大，圓周整體阻抗也會(huì)變大，這樣就實(shí)現(xiàn)了徑向形變的檢測(cè)，最終我們完成了自制電阻型柔性傳感器的設(shè)計(jì)。

電阻型柔性傳感器可以自制，那么電容型柔性傳感器可以自制么？當(dāng)然可以，只是做不到精密機(jī)械設(shè)計(jì)的小尺寸，但是我們依然可以實(shí)現(xiàn)一些功能的檢測(cè)，比如檢測(cè)一個(gè)物體的尺寸，可以是水杯的底部輪廓、手掌的外形，我們還是以圖片的形式給大家說(shuō)明：

這個(gè)是一個(gè)棋盤，你可以將黑色部分理解成電容型柔性傳感器的表層電極，白色部分是底層電極，底層電極是一個(gè)整個(gè)的參考平面，在上下兩層之間采用橡膠層填充，這樣柔性傳感器的材料部分準(zhǔn)備完畢，當(dāng)有物體壓到上面時(shí)，必然導(dǎo)致中間的橡膠層發(fā)生形變而改變上下電極之間的電容分布，通過(guò)外部電路檢測(cè)這種變化就可以近似模擬出物體的輪廓，當(dāng)然想要獲取精度比較高的輪廓需要增加表層電極的數(shù)量和密度，類似于增大圖像顯示的像素和分辨率。

以上就是自制柔性傳感器的一些想法，如果想要更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)一些功能，可以加上外部的一些采集控制電路，結(jié)合算法分析，會(huì)得到很好的處理結(jié)果。
（責(zé)任編輯：fqj）