Матричный датчик давления



Матричный датчик давления
Матричный датчик давления
Матричный датчик давления
Матричный датчик давления

 


Владельцы патента RU 2570840:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина" (RU)

Изобретение относится к устройствам полимерной электроники, в частности к матричным устройствам для преобразования давления в электрический сигнал. Матричные датчики давления используются для определения формы предметов, воздействующих на датчик, и могут использоваться в робототехнике, медицине, при автоматизации производственных процессов. Матрица тактильных датчиков содержит чередующиеся слои проводящих взаимно перпендикулярных шин, контактирующих с расположенными между ними слоями тензорезистивного полимера. Наличие электрического контакта к каждому из проводящих слоев позволяет получить, при сохранении высокой чувствительности датчика, многоуровневый выходной сигнал, обеспечивая расширенный динамический диапазон передаточной характеристики датчика при измерении тактильного давления. Техническим результатом является повышение точности преобразования давление - электрический сигнал. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к матричным датчикам давления, предназначенным для преобразования давления в электрический сигнал и определения формы предметов, производящих давление. Матричные датчики давления могут использоваться в робототехнике, медицине, при автоматизации производственных процессов.

Известны матричные датчики давления (патент РФ 2362236), содержащие пересекающиеся шины, преобразователями давления в которых являются микромеханические сенсорные элементы. Недостатком таких датчиков является ограниченная площадь, сложность конструкции и, как следствие, высокая стоимость.

Известен матричный датчик давления (US PAP 2011/0242047 А1), содержащий верхнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные в первые сигнальные линии, нижнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные во вторые сигнальные линии, перпендикулярные к первым сигнальным линиям, расположенный между проводящими электродами пьезорезистивный материал.

Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Недостатком датчика является низкая точность преобразования «давление - электрический сигнал», обусловленная тем, что воспроизводимость и динамический диапазон передаточной характеристики датчика ограничены механическими и электрическими свойствами пьезоэлектрического материала.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности преобразования давление - электрический сигнал.

Указанный технический результат достигается тем, что в матричном датчике давления, содержащем верхнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные в первые сигнальные линии, нижнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные во вторые сигнальные линии, перпендикулярные к первым сигнальным линиям, расположенный между проводящими электродами пьезорезистивный материал, между пьезорезистивным материалом и первым проводящим электродом располагаются несколько дополнительных чередующихся слоев «проводящий электрод пьезорезистивный материал», причем проводящие электроды дополнительных чередующихся слоев объединены в сигнальные линии, параллельные первым сигнальным линиям.

Такая конструкция матричного датчика давления позволяет преобразовывать величину давления, прикладываемого к поверхности преобразователя в кодовую цифровую последовательность, которая, в свою очередь, может быть преобразована в аналоговый сигнал.

На фиг.1 представлена конструкция преобразователя давления, имеющего два дополнительных слоя электродов.

Конструкция содержит нижнюю 1 и верхнюю полимерные поверхности 2, дополнительные полимерные поверхности 3, 4, на которых расположены проводящие электроды 5, 6, 7, 8. Проводящие электроды на поверхностях 3 и 4 расположены с обеих сторон упомянутых поверхностей. Проводящие электроды, расположенные на поверхностях 3 и 4, соединены между собой посредством контактных окон 9. Все электроды имеют внешние выводы 10, 11, 12, 13. Между полимерными поверхностями расположен слой пьезорезистивного материала 14.

На фиг.2 изображена конструкция по п.2 изобретения. В дополнение к конструкции по п.1 она содержит слои резистивного полимера 15, соединяющие между собой электроды на поверхностях 1-3 и 2-4. При этом внешние выводы 11 и 12 у электродов на поверхностях 3 и 4 отсутствуют.

На фиг.3 изображена схема подключения датчика давления по п.1 к устройству обработки сигнала, обеспечивающая считывание сигнала с датчика в процессе работы.

Схема содержит датчик 15, внешние выводы которого подключены к координатным входам 17, 18 схемы обработки сигнала, датчика. Внешние выводы, соответствующие одной координате 10, 12 и другой координате 11, 13, подключены к разным входам устройства обработки сигнала. Количество подключаемых шин в такой конструкции равно n×m×n, где n, m - количество шин по координатам, N - число слоев полимерного материала.

На фиг.4 изображена схема подключения датчика давления по п.2 к устройству обработки сигнала. Датчик 19 внешними выводами от соответствующих шин 10 и 13 подключен к координатным входам 17, 18. Количество внешних выводов составляет n×m.

Устройство работает следующим образом. При приложении нагрузки к поверхности 2 сначала происходит изменение сопротивления пьезорезистивного материала, расположенного между слоями электродов 1 и 2, затем между слоями 2 и 3, слоями 3 и 4. Это изменение может быть зафиксировано и интерпретировано как наличие сигналов на различных электродах. В случае наличия в конструкции двух дополнительных слоев могут наблюдаться четыре возможных состояния электродов: отсутствие сигнала на всех электродах, сигнал на электродах поверхности 3, сигнал на электродах поверхностей 3, 4, сигнал на всех электродах. Таким образом, может быть зафиксировано четыре значения величины нагрузки. При увеличении числа дополнительных слоев количество фиксируемых значений соответственно увеличивается.

Устройство может быть изготовлено на основе полимерных материалов. Слои, на которые наносятся проводящие электроды, изготавливаются из лавсановой пленки толщиной 10-15 мкм, электроды могут быть алюминиевыми, толщиной 50-100 нм. В качестве тензочувствительного полимера используется полифинилвинилен толщиной не более 100 нм.

Следует отметить, что датчик предлагаемой конструкции предназначен для фиксации сверхмалых давлений и использует тонкие слои полимера, в которые нельзя встроить дисперсные проводящие частицы, обеспечивающие линейную переходную характеристику датчиков, рассчитанных на измерение больших давлений.

Матричный датчик давления может иметь довольно значительную площадь - несколько десятков квадратных сантиметров и быть гибким.

Источники информации

1. Патент РФ №2362236.

2. Патент US №2011/0242047 А1.

1. Матричный датчик давления, содержащий верхнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные в первые сигнальные линии, нижнюю гибкую полимерную поверхность, на которой расположены проводящие электроды, объединенные во вторые сигнальные линии, перпендикулярные к первым сигнальным линиям, расположенный между проводящими электродами пьезорезистивный материал, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения давления между пьезорезистивным материалом и первым проводящим электродом располагаются несколько дополнительных чередующихся слоев «проводящий электрод - пьезорезистивный материал», причем проводящие электроды дополнительных чередующихся слоев объединены в сигнальные линии, параллельные первым сигнальным линиям.

2. Матричный датчик давления по п.1, дополнительные сигнальные линии которого соединены между собой и с первыми сигнальными линиями через слой резистивного полимера, расположенного на концах сигнальных линий, вне зоны пересечений первых и вторых сигнальных линий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам диагностической кардиологической техники, и представляет собой измеритель пульсовой активности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к технике измерения неэлектрических величин, а именно, к полупроводниковым датчикам давления. .

Изобретение относится к области элетротехники и может быть использовано при проектировании устройств искробезопасного питания двухпроводных датчиков, например датчиков давления.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к датчикам давления с защитой хрупкой мембраны от избыточного давления. .

Изобретение относится к преобразователям давления в дискретный электрический сигнал и может быть использовано автоматизированных системах управления. .

Изобретение относится к измерительному преобразователю разности давлений с разделенным на две части поперек его продольной оси внутренним корпусом, между двумя частями корпуса которого закреплена несущая датчик давления 6 центральная мембрана 7.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам искробезопасного питания двухпроводного датчика, например, давления. .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в датчиках давления, предназначенных для использования в условиях, когда в рабочей среде или снаружи датчика присутствуют воспламеняющиеся смеси.

Изобретение относится к многослойной экранно-вакуумной изоляции (ЭВИ) с микроструктурными элементами для космических аппаратов (КА). Каждый слой ЭВИ выполнен в виде подложки, на которой закреплены теплоотражающие элементы в виде массива прямоугольных микропластин.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для мультиплексного анализа. Анализирующее устройство содержит реакционное пространство, два набора индивидуально закодированных микроносителей (2), причем каждый микроноситель является функционализирующим, а каждый микроноситель одного из по меньшей мере двух наборов имеет одинаковую функционализацию, в котором реакционное пространство является микроканалом.

Микроэлектромеханический ракетный двигатель предназначен для использования в составе космических разгонных блоков, наноспутников. Микроэлетромеханический ракетный двигатель выполнен в виде структуры из полупроводниковых кристаллов кремния, расположенных один над другим, в одном из которых выполнена камера сгорания с топливным элементом, и содержит блок поджига топлива с металлическими проводниками.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к, микроэлектронным датчикам - химическим и биосенсорам, предназначенным для одновременных акустических на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) и оптических исследований физико-химических и (или) медико-биологических свойств тонких порядка 0.1 мкм (100 нм) и менее нанопленок.

Изобретение относится к области нанометрологии и калибровочным структурам, а именно к устройствам, обеспечивающим наблюдение и измерение геометрической формы игл сканирующего зондового микроскопа, в том числе атомно-силовых микроскопов и сканирующих туннельных микроскопов.
Наверх