电容传感器

电容传感器

去年，博后师兄从新西兰购买了一款电容传感器，能够对大变形进行测量，可以用来人体动作捕捉，在智能穿戴、医疗复健等领域具有广阔的应用前景，本推文对相关内容进行介绍，具体如下图所示：

电容传感器主要包含两部分内容：1、传感器部分：师兄对电容传感器进行了优化改进，减弱了外界电场对传感器性能的影响，提高了传感器的可靠性与稳健性，于此同时，对传感器加工工艺进行了优化，实现了批量化生产，具有相对较低的成本~；2、数据采集模块：能够对电容的变化量进行测试，通过相应的蓝牙模块，实现传感器与手机APP之间的数据共通；

附录：补充材料

1、本部分对电容传感器的外形尺寸以及具体的测试原理进行了简要的介绍，具体内容如下：

传感器的尺寸可以定制，实验测试中传感器的长度为10cm，宽度为2cm，左下图表述传感器伸长量与电容之间的关系，从图中可知，随着传感器不断伸长，电容逐渐增大，两者之间呈现明显的非线性关系，分析可知材料泊松比是产生非线性主导因素（有兴趣了解具体推导过程可以在后台留言），后期对导电编织材料进行优化设计，可以有效地避免该情况的发生，提高传感器的线性度。

电容传感器结构简单，动态特性好，能够对位移、压力等信号进行测试，其电容大小主要与介电系数、极板重合面积以及平行板之间的距离有关，具体为：

当传感器拉伸变形后，其电容变化为：

从上式可知，传感器的灵敏系数与介电层跟极电层的泊松比有关，具体为：

2、传感器性能指标：本部分对电容传感器静态特性和动态特性进行了验证，为传感器在实际生活中的提供前期的技术支撑（医疗监护、智能穿戴等），主要验证的指标有：可拉伸性、灵敏度（GF）、线性度、反应时间、循环特性、零点漂移、过载特性等，具体内容如下所示：

上图为电容传感器的实物图；下图为传感器测试过程原理简图，首先，把传感器夹持在拉伸机两端，开始试验时，一方面控制拉伸机夹头缓慢的上升，导出位移、载荷等测试数据，另一方面通过专用的仪表对电容数据进行实时测试。

传感器主要由导电布和介电介质两种材料构成，左图表述发生120%后，各种材料变形后的轮廓示意图，从图中可以看出，由于泊松比的影响，拉伸后试样呈现明显的颈缩现象，实验中通过添加Ecoflex胶水，对织物的力学性能进行调控，改变其泊松比，使得传感器拉伸变形后截面尽可能保持一致。

从测试结果可知，传感器在100%的变形下具有非常好的线性度，并且具有相对较好的可重复性（随着循环周次的不断增加，电容变化量会有些许的减小）

左图表述在施加动态载荷（速度为24mm/s）后，电容传感器的响应结果，从图中可以看出，传感器的输出信号具有些许的滞后效应；右图表述不同外载荷频率（1-30Hz）作用下，传感器输出信号的幅值情况，从图中可以看出，信号输出幅值与外载荷频率基本无关，具有良好的测试效果。

附1：柔性传感器具有广阔的应用前景，在医疗看护，远程诊断等，大大提高了病人信息采集的难易程度，具有人性化等特征。

附2：技术方面后续想要做的工作有：1.数据采集模块，蓝牙发送模块；2.大变形下（150%以上）电容传感器位移变化量和电容变化量之间的修正；3.后续可以花费3-4天时间学习一下蓝牙与手机APP相关的模块；

附3：关于产品推广方面，寻找适合的切入点。