傳感器作為一種信息檢測和傳輸的設備,可以將被測信息按照一定的規則和方法轉換為電信號或其他形式的信號輸出,從而實現信息的采集、傳輸、處理、分析、顯示等。壓力傳感器將外部壓力信號轉換為其他物理信號(如電阻、電壓、電容等),以便檢測壓力值或壓力變化。壓力傳感器在觸覺感知、指紋識別、醫療監控、人機界面、物聯網等領域具有廣闊的應用前景。傳統的壓力傳感器主要由金屬、半導體、壓電晶體等組成。這些材料大多是剛性材料。雖然利用這些材料制備壓力傳感器的技術已經非常成熟,能夠在大范圍內準確測量壓力值,但隨著科學技術的發展和人類需求的提高,其缺點也越來越明顯,比如裝置體積更大更重,不能承受較大的變形。這些缺點阻礙了它們在靈活人機交互、便攜檢測、智能機器人等場景中的應用。
靈活性和剛性是相對的概念。一般來說,柔性材料具有彎曲和變形的特性。其中,一些軟柔性材料還具有彈性模量低、延伸性好、適應性好等特點。在柔性壓力傳感器的主要性能指標中,除了柔性之外,以往的研究人員普遍關注器件的靈敏度、響應速度、檢測限和性能穩定性。然而,隨著柔性壓力傳感器研究的深入,壓力響應范圍、拉伸性能、壓力分辨率和空間分辨率也成為近年來性能評價的重要參數。
柔性壓力傳感器在許多領域有著廣泛的應用。例如,它可以用于可穿戴電子設備,監測人體脈搏、心跳等生理信號。同時,具有觸覺感知能力也是機器人的一個重要組成部分。附著在假肢表面的柔性壓力傳感器有望恢復殘疾人的觸覺。該傳感器還可以與衣服相結合,不僅可以實時監測人體健康和運動信號,還可以簡化使用過程。在這些應用場景中,電阻式壓力傳感器既能檢測靜態力又能檢測動態力,且結構簡單,應用電路簡單,集成度強,不易受到外界場干擾。測量對象方面,輕薄、可安裝、可裝配、不開孔可控制、濕手可控制。他們不需要知道具體的力大小,但可以區分齒輪。目前電阻式柔性壓力傳感器的應用范圍也比較廣泛。典型應用案例包括TWS耳機、電動牙刷、智能家居、醫療保健等。
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