压敏型柔性电容传感器介电层的微结构设计

发布时间：2021-11-12 10:37

　　柔性电容压力传感器因具有灵敏度高、动态范围大和响应速度快等优点在人工智能和医疗监控等领域有广阔的应用前景。通过对电介质层微结构的设计可以有效提高电容压力传感器的性能。COMSOL Multiphysics被研究者用于研究传感器的电容变化,但该软件难以有效模拟传感器应用中的非线性接触和大变形过程,因而模拟结果与实验数据偏差大。本文提出先使用ABAQUS模拟变形过程,再使用COMSOL Multiphysics模拟电容变化,结合ABAQUS和COMSOL Multiphysics两个软件优点,大幅提高数值模拟的准确性。同时针对金字塔形、圆柱形和圆锥形三种常用的微结构,研究其几何形状参数和材料属性参数对传感器性能的影响规律。研究结果为传感器电介质层微结构的设计提供理论依据。对于电介质层为金字塔形微结构电容传感器,改变金字塔形微结构的材料弹性模量、底边长、高度、斜面倾角和整体尺寸等参数,来探索各个参数对传感器不同压力量程（2kPa,5 kPa,20 kPa）下的线性度和灵敏度的影响规律。结果表明,传感器的灵敏度对金字塔形微结构的弹性模量、角度和整体尺寸敏感,线性度对角度和弹性模量敏感。减小金字... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 柔性压力传感器
    1.3 基于微结构的柔性压力传感器
    1.4 本文研究内容
2 电容压力传感器的有限元模型
    2.1 具有两种电介质的电容器的电容理论公式
    2.2 传感器的模型建立
        2.2.1 传感器变形响应模拟
        2.2.2 传感器的电容响应模拟
        2.2.3 灵敏度和线性度的定义
    2.3 本章小结
3 金字塔形微结构的材料属性和形状参数对传感器性能的影响
    3.1 微结构材料的弹性模量的影响
    3.2 金字塔的底边长的影响
    3.3 金字塔的斜面倾角的影响
    3.4 金字塔的高度的影响
    3.5 金字塔的整体尺寸的影响
    3.6 微结构参数的影响综合讨论
    3.7 本章小结
4 圆柱形微结构的材料属性和形状参数对传感器性能的影响
    4.1 微结构的弹性模量的影响
    4.2 圆柱的半径的影响
    4.3 圆柱的高度的影响
    4.4 圆柱的轮廓的影响
    4.5 微结构参数的影响综合讨论
    4.6 本章小结
5 圆锥形微结构的形状对传感器性能的影响
    5.1 微结构内部空心圆锥的尺寸
    5.2 微结构内部空心圆锥的形状
    5.3 圆锥形微结构的外轮廓
    5.4 基于三种形状微结构的传感器的性能对比
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]压力传感器的现状与发展[J]. 郭冰,王冲.  中国仪器仪表. 2009(05)
[2]人体脉搏波信号检测系统[J]. 程咏梅,夏雅琴,尚岚.  北京生物医学工程. 2006(05)
[3]中医脉象传感器的研究进展[J]. 燕海霞,王忆勤,李福凤.  上海中医药大学学报. 2005(01)

博士论文
[1]基于新型微纳结构的柔性压力传感器基础研究[D]. 束逸.清华大学 2015
[2]用于电子皮肤的新型压力传感器的研究[D]. 吕晓洲.东华大学 2012

硕士论文
[1]基于微结构的印刷柔性压力传感器研究[D]. 翟庆彬.北京印刷学院 2015
[2]穿戴式压力传感器对脉搏信号的实时测量[D]. 甘以明.东华大学 2008



本文编号：3490743