温度触觉传感器的材质识别仿真研究.pdf

《温度触觉传感器的材质识别仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2011年第30卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)11温度触觉传感器的材质识别仿真研究周连杰，李建清，吴剑锋，吴剑进，柏俊杰(东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096)摘要：采用温度触觉传感器对材质进行识别研究，介绍了一种基于热传导原理的材质识别方法，利用ANSYS软件对温度触觉传感器在不同温度差、不同基板材料和不同被测物体材料不同情形下的热传导进行了仿真实验。仿真结果表明：温度触觉传感器可用于识别吸热系数偏低的材料，接触温度可作为材质识别的一个重要判据。关键词：温度触觉传

2、感器；接触温度；吸热系数；材质识别；ANSYS仿真中图分类号：TP339文献标识码：B文章编号：1000-9787(2011)02-0011-03SimulationresearchoOnmaterilalidentificationbythermaltacticalsensorZHOULian-jie，LIJian—qing，WUJian·feng，WUJian-jin，BAIJun-jie(SchoolofInstrumentScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，Ch

3、ina)Abstract：MaterialidentificationiSstudiedbyathermaltacticalsensorandanidentificationmethodbasedonheatconductiontheoryiSpresented．WithtIleANSYSsoftware．simulationexperimentsofthethermaltacticalsensorindiferentthermalconditionsoftemperaturedifference．substratematerialsandte

4、stedobiectmaterialsarestudied．Theresultsshowthatthethermaltacticalsensorcanidentifythematerialswithlowerthermaleffusivity．Thecontacttemperaturecanbeusedasanimportantevidenceformaterialidentification．Keywords：thermaltacticalsensor；contacttemperature；thermaleffusivity；material

5、identification；ANSYSsim1I】ati0n0引言本文将温度触觉传感器应用于材质识别，进行了被测触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，能物初始温度、基板材料、被测物材料3种影响因素的AN—识别物体的表面纹理、粗糙度、硬度、温度等特征。触觉有SYS有限元仿真实验，取得了较好的识别结果。不同的分类，按照触觉感知的特点，可分为滑动触觉、柔性1温度触觉传感器结构触觉，滑动触觉主要反映物体的表面形状、纹理、温度等，柔所采用的温度触觉传感器结构如图1所示，主要是由性触觉主要反映物体的柔性或刚度⋯。恒温加热元件、基板、感温元件构成。恒

6、温加热元件用于保研究表明：皮肤表皮上的热觉感受器对发生在接触瞬持温度触觉传感器温度恒定，感温元件用于被测物体表面间的温度快速变化很敏感J，接触面的热流、温度变化与温度传感。接触物体材料有关，因此，在触觉感知中热觉感知在识别材绝屡加咚冉譬缝料中起到很重要的作用j。这种通过皮表与被测物体接EIl=■【]■[】■匕】■=—li导热基板涮溢电氟缝j触时所产生的热流变化、温度变化来识别材料的方法已经E】—亡—=，—=——=—【=—【=—【被用来制造人工热觉传感器J。RussellRA等人开发了一种带有热源和薄层硅片的热觉传感器，硅片表面上嵌有图1温度触觉

7、传感器结构示意图微型热阻器，能够检测被测物体的材料。SiegelD等人Fig1Schematicdiagramofthesensorstructure设计了一种由力感应电容元件和热阻元件阵列组成的传感2识别机理器，能够识别接触面形状和被测物体材料。恒温顶面传感器与被测物体接触瞬间(忽略接触热收稿日期：2010-06-01{基金项目：国家“863”计划资助项目(2009AA01Z314；2009AA01Z311)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2009272)12传感器与微系统第3O卷阻)，热传导主要发生在接触方向上。根据热传导理论，接触面具有

8、连续的边界条件，具有相同的温度和热流密度。如图2所示是接触方向上的温度分布曲线，温度呈连续分布。如图3所示接触面在接触开始瞬间很快达到共同的接触温度，