《柔性壓力傳感器的分類及性能參數(shù)分析》1200字

柔性壓力傳感器的分類及性能參數(shù)分析綜述根據(jù)傳感器的不同傳感機制可以將柔性壓力傳感器分為四類：電阻式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、摩擦電式傳感器。這四種不同的傳感機制如圖1.2所示。圖1.2四種不同的傳感機制[7]（圖（a）為電容式傳感機制，圖（b）為電阻式傳感機制，圖（c）為壓電式傳感機制，圖（d）為摩擦電式傳感機制）1.1電阻式柔性壓力傳感器電阻式柔性壓力傳感器的工作原理是利用作用在傳感器上的壓力，改變傳感器的截面積或長度，使壓力的變化體現(xiàn)在電阻的改變上。電阻R的定義式如公式(1.1)所示。 其中ρ為材料的電阻率，L為材料長度，S為材料的截面積。此外，例如石墨烯等材料，若其形變程度大于20%，則會引起其材料能帶的變化，其電阻率會發(fā)生改變。若以復合材料為原料制備壓力傳感器，材料間的距離變化也會導致電阻變化。由于滲透理論與量子隧穿效應，導電材料與低電導率高聚物復合后，會導致導電材料形成導電網(wǎng)絡，最終導致電阻降低[8]。電阻式柔性壓力傳感器的優(yōu)點為靈敏度高，制備工藝簡單?？善湟灿蟹€(wěn)定性受溫度影響大，信號采集難度大等缺點。1.2電容式柔性壓力傳感器電容式柔性壓力傳感器主要由上下兩個極板與中間的介質(zhì)組成。若外界壓力施加在電容式傳感器上，其極板間距或有效正對面積會發(fā)生相應改變，導致電容大小改變。電容C定義式如公式（1.2）所示。 其中ε0為真空介電常數(shù)，εr為相對介電常數(shù)，S為兩極板的有效正對面積，d為兩極板間距離。通常當傳感器由于壓力產(chǎn)生形變，平行極板間距離會隨著改變，導致電容大小發(fā)生改變，即將壓力信號的變化轉(zhuǎn)化為了電容大小的變化[9]。電容式柔性壓力傳感器的優(yōu)點為響應快，能耗低，其缺點為穩(wěn)定性受外界因素影響較大。1.3壓電式柔性壓力傳感器壓電式柔性壓力傳感器主要利用壓電效應，當外部對傳感器施加壓力時，壓電材料將外部壓力作用轉(zhuǎn)化為電信號輸出，通過對電信號輸出的采集分析來判斷壓力大小。壓電效應首先在1880年被發(fā)現(xiàn)。對于某種晶體，若外力使其產(chǎn)生一定形變，則會刺激其內(nèi)部極化電場的產(chǎn)生。導致其表面產(chǎn)生相同量的相反性質(zhì)電荷作為電信號輸出[10]。壓電式柔性傳感器具有能耗低，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適用于不同壓力梯度的動態(tài)測量。1.4摩擦電式柔性壓力傳感器摩擦電式壓力傳感器主要由中間層和兩個電極層組成，當外界施加壓力時，其電極層之間產(chǎn)生摩擦起電現(xiàn)象，在兩極產(chǎn)生不同極性，大小相等的電荷，以此來輸出電信號。摩擦電式傳感器容易集成，擁有較低功耗，但有時會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。1.5柔性壓力傳感器性能參數(shù)柔性壓力傳感器主要性能參數(shù)有正常工作壓力范圍，靈敏度S，壓力響應時間以及穩(wěn)定性等。靈敏度S主要用來衡量柔性壓力傳感器將力信號轉(zhuǎn)化為電信號的能力，靈敏度S的表達式如公式（1.3）所示。 其中ΔF為施加在傳感器上的壓力變化量，ΔU為傳感器兩端的電壓變化量，U0為傳感器兩端初始電壓值。提高傳感器的靈敏度對于開發(fā)精密測量器件有著重要意義。 對于傳感器來說，響應時間同樣也是衡量傳感器性能好壞的一個重要指標參數(shù)。響應時間是指