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申请/专利权人：中国科学技术大学

摘要：本发明提出了一种多模态触觉传感器，属于电涡流传感器领域，包括一个在顶层的目标传感膜、中间的弹性体和一个底层的电感线圈。当传感线圈中通以交变电流时，其交变磁场会在顶层目标传感膜上感应电涡流。由于电涡流效应的耦合，按压传感器使得导电膜与传感线圈的距离减小使得电感变化，同样的温度改变也会引起电涡流效应的耦合反映到电感与电阻上。通过测量并解耦线圈的电感和电阻，可以同时感知顶层导电膜上的压力和温度的变化。该多模态传感器压力测量分辨率高达1.46mN，温度测量分辨率高达0.51℃，压力、温度范围分别超22N和60℃，并具有低迟滞、高可重复性、良好的机械耐久性。

主权项：1.一种多模态触觉传感器，其特征在于，所述多模态触觉传感器包括传感目标膜、弹性体和传感线圈，其中：该传感目标膜为非铁磁性金属膜，用于感受压力和温度，并将压力无损耗的传递给下边的弹性体，使弹性体发生形变，所述传感目标膜的电阻率随温度变化而变化；传感线圈，该传感线圈为平面或者三维线圈，由高导电性金属材料制成，传感线圈通以交流电，产生交变磁场从而在传感目标膜上感应电涡流，传感线圈的两个引出端子用于电感和电阻的测量；弹性体，用于将力学信息转换成位移信息；该弹性体为非导电材料，布置于传感线圈与传感目标膜之间，压力按压使得弹性体厚度发生变化，传感目标膜与传感线圈之间距离减小，从而改变电涡流效应的耦合强度，传感线圈的电感值随之变化；传感目标膜随环境温度变化而电阻变化，电阻与温度T有着恒定的电阻温度系数，两者成一次函数关系： ；其中，为传感目标膜在20°C温度下的电阻，α为传感目标膜的电阻温度系数TCR，为传感目标膜的电阻；传感线圈与传感目标膜之间的涡流效应耦合采用变压器模型来研究，传感线圈转换为一个串联电阻和电感，而变压器的次级电路代表一个串行电阻和电感，根据基尔霍夫定律，传感线圈-传感目标膜系统的电感和阻抗为： ； ；ω=2πf为角频率，f为交流电的频率，M是线圈与被测目标之间的互感，进一步写成如下形式： ；上式中是弹性体的刚度，是变压器初级和次级的耦合系数，距离随力F的增大而减小； ；其中，是导电目标和线圈之间的初始距离，为形变引起的传感目标膜的位移，等于弹性体的厚度，是弹性体的刚度；将传感线圈测得的、与温度与压力联系起来，建立相关数学模型： ； ；通过传感目标膜的压力与温度对应的传感线圈的电感和电阻关系方程式解耦，实现通过测量传感线圈的电感和电阻，得到传感目标膜的压力与温度，实现对温度和压力的实时快速测量： ； 、、、、、、、、、为解耦得到的系数。

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