基于镓基液态金属的柔性传感器设计与实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tfgzs888
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
刚性传感器是发展比较成熟的传感器类型,但其变形性、柔韧性较差,使其难以适用于许多特殊的工况。于是,柔性传感器研究应运而生,并逐渐成为当前传感器研究的热点。与刚性传感器相比,柔性传感器的一些属性,如随形性、柔韧性、传感性和延展性决定了其具备更广阔的应用空间与潜力。镓基液态金属兼具流体和金属的双重属性,具有良好的生物相容性,在微纳流控系统及MEMS等领域备受关注。本文在调研柔性传感器研究现状的基础上,提出了两种制作柔性传感器的设计方法,并成功加工出电阻式柔性传感器;对所设计传感器进行加载测量,研究其性能;将柔性传感器与手套相结合,形成两种具有特定功能的传感手套:一种用于测量手指关节弯折角度,另一种作为遥控器来控制Arduino蓝牙小车的运动。首先,调研了目前柔性传感器的工作原理、制作方法、使用材料等,结合实验室的环境、设备,提出了两种可行的基于液态金属的柔性传感器制作方法。使用聚二甲基硅氧烷和硅胶为柔性材料,共晶镓铟合金作敏感材料,成功制作出电阻式的柔性传感器,并对两种方法进行比较,试验分析其性能特点。理论分析了直线和螺旋线传感器在载荷作用下的电阻变化关系。通过在COMSOL中建模仿真,与理论进行对比分析,为后续研究提供理论指导。然后,搭建传感器的测量分析系统。设计直线拉伸、按压和弯折三种实验平台,在Lab VIEW中编写传感器电阻信号的采集程序,在外部利用Arduino开发板作为采集电路。对实验数据进行分析总结,得到传感器在拉伸、按压和弯折载荷下的输出特性,并验证传感器具有良好的使用性能。最后,基于柔性传感器进行应用实验研究。对柔性传感器的结构进行改进,将其配置于手套上,连接配套设计的PCB电路板形成了无线传感手套。在Lab VIEW中编写程序来接收、处理数据,验证了传感手套具备对指关节弯曲角度测量的能力。将传感手套作为遥控器,控制Arduino蓝牙小车的多种运动规律。研究表明,基于镓基液态金属的柔性传感器具有重要的应用前景和实用价值。
其他文献
目前,随着集成电路的发展和人类制造工艺的进步,低功耗、小尺寸的电路和传感器越来越占据主流,使得能量收集成为为其解决供电问题的最好的方法。近年来,可穿戴设备的应用和研究越来越多,但是仍然存在一些缺点,比如需要定期充电或者更换电池、传感器大多属于刚性结构、不能很好地贴合人体等缺点,本文设计了一种基于摩擦电效应和压电效应的可用于医疗康复领域和体感设备中的自发电柔性握姿传感器,可以实现对人手握姿的检测,并
学位
随着国民经济实力不断增强,制造业得到迅猛发展,通用设备制造业作为衡量一个国家和地区工业化水平与经济实力高低的重要标志,竞争压力日益加剧。企业要想让自身的经营决策发挥作用,能够在业内占据一席之地,就必须对公司的财务状况进行全面的了解,以便找到公司存在的问题并进行改善。本文以国机通用机械股份有限公司为研究对象,分析其2016-2020年的财务绩效状况,提出其存在问题及解决对策。本文首先明确研究背景、目
学位
重构卫星具有发射适应性好、可在轨自主维修、应用功能广等特点,逐渐成为卫星发展趋势之一。此类卫星可在轨完成卫星解体重构,因此重构中导引对接是该技术的重要组成部分。目前空间导引领域主要采用基于目标模型的视觉测量技术,其核心是利用双目立体视觉测量技术实现目标飞行器的姿态获取,该方法硬件系统庞大、数据处理复杂,无法应用于体积小、运算能力弱的可重构卫星模块中,因此本文在基于目标模型的视觉测量方法基础上通过增
学位
乡村医生最初被称作“赤脚医生”,是一支为农村群众提供基本医疗服务的基层队伍,解决乡村医生的养老之忧,使其扎根乡村安心工作,才能更好的保证服务落地,满足基层群众的医疗卫生需求。近年来,全国各省乡村医生养老政策陆续出台,但在政策实施过程中出现了诸多问题,包括部分政策规定粗略笼统不便操作、乡村医生对政策认同度参与度低、政策实施部门对接不畅沟通困难、政策信息传递时效性与准确性差、乡村医生不满政策实施过程与
学位
皮肤病是一种常见而又复杂的疾病。当前,对皮肤病的手术治疗仍以手持器械为主。而除黑色素瘤等小部分皮肤病已建立程序化诊断标准外,对皮肤病的诊断仍以医师利用自身作出判断为主。本文在分析了国内外皮肤医疗机器人,计算机辅助诊断皮肤病的研究基础上,以实现面向皮肤医疗机器人的皮肤诊断为目的,通过知识工程的分析方法构建皮肤医疗知识库,结合人工智能中专家系统相关理论设计并实现了皮肤病诊断专家系统。知识库方面,通过知
学位
相比于传统的电磁式电机,行波超声电机作为一种新兴的驱动器,因其结构紧凑、功率密度大、响应速度快、控制精度高以及不受电磁干扰等优势,受到国内外研究学者的广泛关注。为了更好地对电机进行运动控制和性能预测,本文建立了行波超声电机摩擦驱动的动力学模型和性能的寿命预测模型。分析了Φ60型行波超声电机的结构及其工作原理,得到了定子表面质点的椭圆运动轨迹,作为接触界面的动力输入。通过对摩擦材料的微元进行受力分析
学位
通用减速器在现代机械中有着极为广泛的应用,但是国内通用减速器在设计过程中普遍存在设计计算复杂、设计效率低、零部件通用性、模块化程度不高、无法形成系列化产品等问题。本文针对以上问题,通过对模块化设计、参数化设计相关技术的研究,研发了新系列通用减速器模块化参数化设计系统,实现了新系列通用减速器的快速选型以及通用减速器的模块化参数化设计,实现了减速器的自动建模与工程图的自动生成。针对新型通用减速器进行模
学位
颗粒是环境、生物体内及装备中普遍存在的标志物,对其的高精度检测在疾病防治、装备维护等方面具有重要意义。确定性侧向位移(Deterministic Lateral Displacement,DLD)具有纳米级别的颗粒分离精度,在颗粒检测中的应用前景广阔,但低通量的不足限制了其对大量样品的检测能力。诱导电荷电渗(Induced Charge Electroosmosis,ICEO)通过电渗流驱动颗粒聚
学位
星球车在探索复杂未知的地形环境时,需具备高精度运动控制系统的支持。模型预测控制算法由于其显式约束处理能力、成熟的稳定性分析方法以及实时最优控制性能解算等优势,是星球车最具应用前景的轨迹跟踪控制算法之一。本文以课题组自研两轮驱动星球车试验平台为研究对象,对其滑转与不确定性补偿的动力学模型进行研究,并利用建模成果完成基于事件触发-鲁棒模型预测控制的两轮驱动星球车轨迹跟踪控制算法设计,同时为四、六轮等多
学位
由于传统的刚性减速机构因为火箭舱尺寸大小的限制无法拥有比较大的减速面,其减速能力已经越来越难以满足未来大载荷行星探测器的需求,所以本文提出了一种半刚性机械可展开式气动减速机构。它的主要结构包括刚性头锥、辐条、支撑杆件、柔性防热蒙皮和主体。本文对其进行了详细的结构设计和驱动设计,通过理论计算计算了蒙皮的变形,并对其通过静力学仿真分析了不同参数对其的影响,通过动力学仿真分析了不同参数对其刚度的影响,最
学位