《现代传感技术与系统》课件第三章

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1、§3.4热敏、压敏、磁传感与触觉感知系统3.4.1传感器的触觉仿生机理及应用3.4.2触觉传感的特点及相关研究3.4.3智能触觉传感器3.4.4具有视觉信号的触觉图像3.4.5有源传感3.4.6触觉传感的功能延伸----集成化磁传感技术第三章(4)1智能传感与信息系统§3.4热敏、压敏、磁传感与触觉感知系统触觉:接触、滑动、压觉等机械刺激的总称,与皮肤功能相类似的智能机制。人依靠表皮的游离神经末梢能感受温度、痛觉、触觉等多种感觉，除视觉以外，触觉接受外界的信息量最多。人类触觉的产生:皮肤内的触觉细胞，感知:触觉、压感、痛觉、温

2、度等。功能延伸实现：温度传感器、压力传感器、磁传感器触觉、压感的外部激励来自皮肤的力学性变形，与空间压力梯度、变形大小、速度及激励面积有关。第三章(4)2智能传感与信息系统§3.4热敏、压敏、磁传感与触觉感知系统灵敏的生物触觉：超过身体长度2.5～3倍的蟋蟀与虾的触须，确认远处物体所在的位置，判别其大小。眼镜蛇对温度可达0.001℃的分辨力：高灵敏度并不能保证判断的准确性。给人的启示：不仅要注重信息的获取，而且要注重信息获取后的分析、处理。第三章(4)3智能传感与信息系统§3.4热敏、压敏、磁传感与触觉感知系统今天的多功能集成

3、化传感器和智能化传感器：兼顾了信息获取与处理两种功能。多功能传感器依靠敏感材料的多种功能，依靠器件内部构造或外部信号处理系统，同时检测多种参量。智能化传感器具有对环境的自适应能力（即具有学习、识别、判断和逻辑处理功能）。实例：医学上利用红外温度传感器和光学系统组合在一起的红外摄像机，可以根据体温分布、根据身体体温下降的部分，准确地发现乳腺癌。对磁场的感受，某些候鸟以此实现牵徙定位。工程霍尔元件的利用第三章(4)4智能传感与信息系统3.4.1传感器的触觉仿生机理及应用机器人技术对触觉传感的需求：目的：检测机器人的某些部位（如手或

4、足）与外界物体是否接触，识别物体的形状和在空间的位置，保证机器人的手能牢固地抓住物体，或保证其足能稳稳地踩在地面上。与应用视觉传感器的比较，系统造价更低，控制更简单，尤适用与暗处或障碍物存在于视觉传感器和对象物之间无法获得视觉信息的地方。第三章(4)5智能传感与信息系统3.4.1传感器的触觉仿生机理及应用机器人主要用手指来接触物体。故要求在手指表面大范围地分布相同的触觉传感器；用类似人的皮肤那样柔软而富有弹性的材料制作机器人的手，藉以增大与物体的接触面，牢固地握住物体。此外，还希望触觉传感器形体小、重量轻、灵敏度高、集成度高、

5、可靠性高。第三章(4)6智能传感与信息系统3.4.1传感器的触觉仿生机理及应用当今压力、温度两种传感器在工程界的广泛应用：约占整个传感器市场的50～60％，近年来朝集成化、小型化、实现特殊检测等方面的发展趋势：可达8000℃温度上限、用于核聚变研究的激光温度传感器；80年代已推出的ST3000系列传感器：在同一敏感芯片上具有压力、差压、温度三个量检测功能的集成传感器；美国库利特（kulite）公司生产的CQ－030微型压力传感器：小到0.76毫米、可穿过普通缝衣针的针眼，测量范围为100－500PSi，本征频率为1500KHz

6、，适用于风洞测量；前苏联研制的高可靠性热电阻：连续工作率在2000小时内不小于99％，使用期长至10年。第三章(4)7智能传感与信息系统3.4.1传感器的触觉仿生机理及应用磁敏传感器的广阔应用市场：国内每年用于数控车床的高精度磁敏开关，需要10万支以上；用于汽车点火系统，每年40万套以上。（在低转速时也能稳定点火的霍尔元件）存在问题：元件国产化程度太低造成整支传感器的成本过高。发展还相对较慢，人们迫切希望与其相关的装置和处理技术都能够获得尽快的发展以满足日益增长的需求。第三章(4)8智能传感与信息系统3.4.2触觉传感的特点及

7、相关研究触觉传感的特点：大敏感区域，柔性传感材料和高密度的检测。当务之急：研制新型传感材料和新型结构。有源激励传感技术：（触觉传感器不可能与机器人执行器的运动分开考虑）机器人的运动要通过触觉传感器探测信息，而感官反馈技术则用于控制。触觉传感与视觉传感信息的合成：确保实现准确测量的一个重要途径。总起来说，与触觉传感相关的研究方向包括：有源感知、传感器融合、智能传感器、触觉图像，接触感的柔韧性、分辨率和大面积触感等方面。第三章(4)9智能传感与信息系统3.4.3智能触觉传感器1、触觉传感器的中心点探测压力感应橡胶实现的触压分布区中

8、心位置的测定：如图3.4.1所示，rp：S层电阻，反映分布压力p在单位面积上沿厚度方向的变化。在A层和B层上，由表面电阻r分别产生分布电压vA（x，y）和vB（x，y）。由于随压力而变的电阻rp的存在，从A层到B层产生了分布电流i（x，y）。根据该传感器的基本原理，可以用泊松