一种传感装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及传感领域，特别是涉及一种传感装置及其制作方法。

背景技术

识别表面纹理的机器触觉传感器或表皮电子触觉传感器多采用的是压力敏感性元件阵列，通过直接接触按压表面，阵列上不同位置传感器受到的压力或形变不同来识别表面纹理的高低起伏。目前机器触觉传感器或表皮电子触觉传感器多通过精细压力传感器阵列来实现对物体表面的凹凸起伏纹理实现识别。然而对于表面纹理起伏微小，以及柔软物体表面的纹理识别，基于压力传感器的感觉传感器难以胜任。

表面纹理识别采用的是滑动触摩的方式，通过皮肤指纹受到不同表面剪切力的连续变形和震动来感受细微纹理。对于这类纹理识别，需要模仿人类指腹滑动触摸材料表面产生的指纹连续形变和震动触觉来识别。现在实现滑动触摸识别表面纹理的材料主要通过设计复杂的多层结构，即在中间层设置压电或压阻型材料，并用精细加工的方式在另一层材料上加工出精细的凸起阵列，将这层与压力敏感材料层贴合后再将它们封装，在封装层的外表再刻蚀出类似指纹的纹理，通过封装层的纹理与需要识别的纹理表面滑动，产生连续的细微形变和震动，令内层的压力敏感材料产生电压或电阻的变化波形，从而实现对不同纹理的识别。

目前，滑动触摩识别表面纹理的压力传感器通常由复杂多层结构设计或多种电子传感器整合而成，制备工艺非常复杂并且其在应用到特定场景(如感觉障碍病人的皮肤上)时非常困难。

发明内容

本发明实施例提供一种传感装置及其制作方法，其结构简单，制备工艺简单，可直接应用在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上。

第一方面，本发明实施例提供一种传感装置，该传感装置包括：由导电油墨组成的回型电路；

所述回型电路包括两条第一引线、至少三条第二引线和至少两条第三引线；

所述第三引线的数量比所述第二引线的数量少一条；

所述第二引线的延伸方向与所述第一引线和所述第三引线的延伸方向相互交叉，所述第二引线与所述第三引线交替排列，每一所述第三引线的第一端与位于其一侧的第二引线的第一端连接，第二端与位于其另一侧的第二引线的第二端连接；

两条所述第一引线的第一端分别与所述第二引线中未连接所述第三引线的端部连接；

所述回型电路应用于生物皮肤上或模拟指纹人工材料上。

可选的，所述导电油墨包括液态金属、聚乙烯醇溶液以及去离子水；

或所述导电油墨包括液态金属、聚乙烯醇溶液以及二甲基亚砜。

可选的，所述液态金属为镓铟合金或镓金属或铟金属。

可选的，所述传感装置还包括：两条铜导线；

两条所述铜导线的第一端分别与两条所述第一引线的第二端连接；

所述铜导线用于将所述回型电路中的电信号传导出去，还用于为所述回型电路传输电源信号。

可选的，所述传感装置还包括处理模块；

所述处理模块与两条所述铜导线的第二端连接；

所述处理模块用于接收所述回型电路中的电信号，并将接收的所述电信号与不同材料的电阻变化波形图进行对比，分析出所述回型电路中的所述电信号对应的材料类型。

可选的，所述传感装置还包括存储模块；

所述存储模块用于存储不同材料的电阻变化波形图。

可选的，所述传感装置还包括显示模块；

所述显示模块用于显示所述回型电路识别的材料类型和所述回型电路中的所述电信号的波形图。

可选的，所述传感装置还包括电源模块；

所述电源模块用于为所述回型电路、所述存储模块、所述显示模块以及所述处理模块供电。

第二方面，本发明实施例还提供了一种传感装置的制作方法，包括：

在贴纸上画出回型电路的图案；

所述回型电路包括两条第一引线、至少三条第二引线和至少两条第三引线；所述第三引线的数量比所述第二引线的数量少一条；所述第二引线的延伸方向与所述第一引线和所述第三引线的延伸方向相互交叉，所述第二引线与所述第三引线交替排列，每一所述第三引线的第一端与位于其一侧的第二引线的第一端连接，第二端与位于其另一侧的第二引线的第二端连接；两条所述第一引线的第一端分别与所述第二引线中未连接所述第三引线的端部连接；

通过剪纸机在贴纸上剪出与所述回型电路形状相同的镂空图案；

将所述贴纸黏贴在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上；

将导电油墨喷涂在贴纸的镂空图案中；

撕去黏贴在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上的贴纸。

可选的，采用气动喷笔将所述导电油墨喷涂在贴纸的镂空图案中。

本发明实施例提供的传感装置，通过将导电油墨直接喷绘在生物皮肤以及模拟指纹人工材料上就可制作出回型电路，因此本实施例提供的传感装置制备工艺简单，并且导电油墨具有耐摩擦的特点，因此导电油墨可以直接与待测材料接触，无需设置保护层等，使得本实施例的传感装置结构简单，此外导电油墨具有质量轻、与生物皮肤以及模拟指纹人工材料的接触性好等特点，从而使得本发明实施例提供的回型电路可直接形成在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种回型电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种回型电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种传感装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的传感装置在实际应用中的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的传感装置检测皮肤的波形结构示意图；

图6为本发明实施例提供的传感装置检测海绵的波形结构示意图；

图7为本发明实施例提供的传感装置检测条形壁纸的波形结构示意图；

图8为本发明实施例提供的传感装置检测光滑纸张的波形结构示意图；

图9为本发明实施例提供的传感装置检测粗糙纸张的波形结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种传感装置的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种回型电路的结构示意图，本发明实施例提供一种传感装置，该传感装置包括：由导电油墨组成的回型电路110；回型电路110包括两条第一引线10、至少三条第二引线20和至少两条第三引线30；第三引线30的数量比第二引线20的数量少一条；第二引线20的延伸方向与第一引线10和第三引线30的延伸方向相互交叉，第二引线20与第三引线30交替排列，每一第三引线30的第一端与位于其一侧的第二引线20的第一端连接，第二端与位于其另一侧的第二引线20的第二端连接；两条第一引线10的第一端分别与第二引线20中未连接第三引线30的端部连接；回型电路110应用于生物皮肤上或模拟指纹人工材料上。

具体的，图1示例性的画出由两条第一引线10、五条第二引线20和四条第三引线30组成的回型电路110。本发明实施例提供的回型电路110制作工艺相对简单，通过将导电油墨直接喷绘在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上就可以制成。导电油墨喷绘在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上后，可以非常紧密的嵌入到指纹沟壑之中，完整的与生物皮肤或模拟指纹人工材料相贴合。其次，导电油墨具有耐摩擦性能，无需对回型电路110进行封装，因此喷绘在生物皮肤上的回型电路110不会使生物皮肤产生透气性不好的问题，且喷绘在生物皮肤上的导电油墨的厚度范围为5～15μm，因此导电油墨喷绘在生物皮肤上之后，会完全无感，形如无物，没有任何不适感。

本发明实施例提供的传感装置，通过将导电油墨直接喷绘在生物皮肤以及模拟指纹人工材料上就可制作出回型电路，因此本实施例提供的传感装置制备工艺简单，并且导电油墨具有耐摩擦的特点，因此导电油墨可以直接与待测材料接触，无需设置保护层等，使得本实施例的传感装置结构简单，此外导电油墨具有质量轻、与生物皮肤以及模拟指纹人工材料的接触性好等特点，从而使得本发明实施例提供的回型电路可直接形成在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上。

可选的，导电油墨包括液态金属、聚乙烯醇溶液以及去离子水；或导电油墨包括液态金属、聚乙烯醇溶液以及二甲基亚砜。

具体的，导电油墨的制作方法是：将浓度为5％的聚乙烯醇溶液溶于去离子水或二甲基亚砜中，将混合后的溶液记为第一溶液，将液态金属与第一溶液以质量比为3:2的比例混合，将混合后的溶液记为第二溶液，将第二溶液放入离心管中，将离心管放入超声波破碎仪中进行混合，超声波破碎仪的工作时间为第一设定值，其中，第一设定值不大于五分钟，经超声波破碎仪混合后的第二溶液为导电油墨。由此，可以看出导电油墨的制作方法简单，制作时间短。由于导电油墨中存在聚乙烯醇介质，使得导电油墨在接触皮肤之后可以和皮肤的角质层形成氢键，牢固的粘合在皮肤上，无需封装膜层来防止回型电路的脱落，使得生物皮肤有更好的透气性。

可选的，液态金属为镓铟合金或镓金属或铟金属。

具体的，镓铟合金、镓金属和铟金属在市场上价格便宜，易获取，使得制作导电油墨的成本降低。示例性的，图2为本发明实施例提供的又一种回型电路的结构示意图，参考图2，回型电路110的位于手指的指腹上，制作如图2所示的回型电路110所需的成本在0.5元以内，相比于传统的传感器，本发明实施例提供的传感装置具有成本低的特点。

可选的，图3为本发明实施例提供的一种传感装置的结构示意图，参考图3，本发明实施例提供的传感装置还包括：两条铜导线120；两条铜导线120的第一端分别与两条第一引线10的第二端连接；铜导线120用于将回型电路110中的电信号传导出去，还用于为回型电路100传输电源信号。

具体的，第一引线10的第二端的形状为长方形，该长方形用于固定并连接铜导线120。示例性的，图4为本发明实施例提供的传感装置在实际应用中的结构示意图，参考图4，回型电路喷绘在手指指腹上，当喷绘了回型电路的手指在需要识别的材料上左右移动时，会产生电信号。继续参考图3，回型电路110在接触不同的材料时，会产生不同的电信号，回型电路110产生的电信号通过铜导线120传导出去，同时，回型电路110在工作过程中，也通过铜导线120为回型电路110提供电源信号。

可选的，继续参考图3，本发明实施例提供的传感装置还包括处理模块130；处理模块130与两条铜导线120的第二端连接；处理模块130用于接收回型电路110中的电信号，并将接收的电信号与不同材料的电阻变化波形图进行对比，分析出回型电路110中的电信号对应的材料类型。

具体的，不同材料的电阻变化波形图是指传感装置中的存储模块存储的标准波形图。电信号可以包括回型电路110检测到的电阻，处理模块130接收到回型电路110检测到的电阻后，与标准电阻R

可选的，本发明实施例提供的传感装置还包括存储模块；存储模块用于存储不同材料的电阻变化波形图。

具体的，存储模块存储着不同材料所对应的电阻变化波形图，当回型电路识别不同的材料时，会产生不同的电信号，电信号通过铜导线传输至处理模块，处理模块将回型电路传输的电信号与存储模块中存储的标准波形图进行对比，从而找出与回型电路传输的电信号波形匹配度最高的标准波形图，从而可知回型电路所检测的材料类型。

可选的，本发明实施例提供的传感装置还包括显示模块；显示模块用于显示回型电路识别的材料类型和回型电路中的电信号的波形图。

具体的，处理模块分析出回型电路检测的材料类型后，会向显示模块发送回型电路检测的材料类型，用户可以通过显示模块查看回型电路检测的材料类型，回型电路检测的电信号经处理模块处理后发送显示模块，用户也可以通过显示模块看到回型电路检测的电信号随时间的变化关系图。示例性的，在实际应用中，图5-图9所示的波形图可以在显示模块中看到。

可选的，本发明实施例提供的传感装置还包括电源模块；电源模块用于为回型电路、存储模块、显示模块以及处理模块供电。

具体的，电源模块与存储模块、显示模块以及处理模块连接，用于为电源模块提供电源。

图10为本发明实施例提供的一种传感装置的制作方法的流程示意图，参考图10，本发明实施例提供的传感装置的制作方法包括如下步骤：

210、在贴纸上画出回型电路的图案；

回型电路包括两条第一引线、至少三条第二引线和至少两条第三引线；第三引线的数量比第二引线的数量少一条；第二引线的延伸方向与第一引线和第三引线的延伸方向相互交叉，第二引线与第三引线交替排列，每一第三引线的第一端与位于其一侧的第二引线的第一端连接，第二端与位于其另一侧的第二引线的第二端连接；两条第一引线的第一端分别与第二引线中未连接第三引线的端部连接；

220、通过剪纸机在贴纸上剪出与回型电路形状相同的镂空图案；

230、将贴纸黏贴在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上；

240、将导电油墨喷涂在贴纸的镂空图案中；

250、撕去黏贴在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上的贴纸。

具体的，在贴纸上画出如图1所示的回型电路的形状，接着通过剪纸机将所画的图形减掉，在贴纸上形成镂空的回型电路形状，然后将贴纸固定在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上，示例性的，可以将贴纸贴在手指的第一关节上，贴纸固定好之后，将导电油墨均匀地喷绘在贴纸镂空部分，待油墨风干之后，将贴纸撕去，这样在手指指腹上就形成了如图2所示的回型电路。本实施例中的贴纸具有粘性，示例性的，贴纸可以是PVC墙纸或任意可黏贴的贴纸。

可选的，采用气动喷笔将导电油墨喷涂在贴纸的镂空图案中。

具体的，导电油墨制备好之后，将导电油墨装入到气动喷笔中，开启气动喷笔中的气泵，通过气动喷笔将导电油墨喷涂在镂空的贴纸上，使导电油墨通过镂空部分喷在生物皮肤上或模拟指纹人工材料上，从而形成回型电路。

本实施例提供的传感装置的制作方法与本发明任意实施例提供的传感装置属于相同的发明构思，具有相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节，详尽本发明任意实施例提供的传感装置。

注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。