安规电容


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​安规电容应变/拉伸测量

  我们通过跟踪软传感器安规电容的变化来测量应变。还可以通过感测绕线保险电阻的变化来测量应变。在文中,我将比较两种方法(电阻与安规电容应变传感),显示每种方法的计算方法,并说明为什么我们认为安规电容是测量人体应变的首选参数。

   安规电容传感

  安规电容式弹性体传感器可以通过将弹性体介电层夹在填充有导电颗粒的弹性体电极之间来组装。简单拉伸传感器的安规电容将与应变成比例。用于计算传感器安规电容的算法基于传感器的集总参数等效电路,其包括电极的串联电阻,与电介质的侧面串联,具有与可变电容并联的电阻。传输线行为可以实现沿传感器的直接局部感测,这个可以通过发送多个信号来实现,每个信号沿着相同的线以不同的频率进行,使得每个信号分量被不同地衰减。然后可以使用信号数据的处理来识别沿着传感器的材料被拉伸或可能被触摸的位置。这可以用于沿着单个传感器的多个位置感测 也可以通过将两个传感器板层叠在另一个上而实现。

  绕线保险电阻感应

  绕线保险电阻应变,可从20世纪40年代早期从商业中获得,现在主要由金属箔制成。这种应变计现在无处不在,用于表征刚性工程结构中的小机械应变,力(载荷)单元,称重秤以及金属和刚性复合材料的工程测试。通常使用电桥电阻网络来表征电阻的变化。

  许多工程部件(例如软管,电气导管,机器悬挂部件),我们穿的东西(例如衣服,矫形装置)或用作家具(例如床上用品,靠垫)和我们自己的皮肤柔软,有弹性,常规暴露于大于10%的应变。金属箔规格太硬,无法测量这种柔软且有弹性的基材上的应变。

  用于测量大应变的材料基于弹性体,例如硅树脂,丙烯酸树脂和天然橡胶。这些材料是电绝缘体,由于电力必须参与测量,它们也必须能够导电。通过向未固化的聚合物中添加诸如炭黑或镍的导电材料的颗粒,可以将硅树脂变成导体。在足够高体积分数的导电颗粒时,将形成附聚的填料链。通过复合材料的传导将取决于链重叠和链之间的电子隧穿。

  填充碳的有机硅可用于压缩接触传感器和可穿戴拉伸应变传感器(例如智能手套)。这种压阻特性也可用于开关电荷,用于控制静电电动机,能量采集器,橡胶逻辑器件和机电振荡器等。最近在填充有镍颗粒的硅树脂中证明了用于橡胶机械电振荡器的有用材料。

  总之,电阻测量作为表征大应变的一种方式,虽然可行,但由于几何效应和电阻率的变化而变得非线性变化。