15、基于叉指电容器的电容式压力传感器研究

基于叉指电容器的电容式压力传感器研究

1. 引言

电子皮肤是一种模仿人类皮肤功能和机械性能的人造皮肤，它在机器人、假肢或可穿戴设备等领域具有广泛的潜在应用，能让这些设备通过触觉感知外部环境。借助电子皮肤，专业人员还可以测量人类活动并诊断疾病。当前电子皮肤研究的关键词分析表明，压力传感器、应变传感器和柔性电子是最受关注的研究方向，其中压力传感器是电子皮肤研究的主要领域。

材料检测或触觉感知是皮肤的重要功能之一，因此制造能够接触的电子皮肤至关重要。复合材料的电气和机械性能很大程度上取决于导电填料（如碳纳米管、石墨烯、银纳米线等）的渗透情况。高含量的导电填料虽然可以提高导电性，但会牺牲柔韧性和拉伸性。目前已经研究了许多压电、摩擦电、压阻和压容性能的方法，其中基于两个导电平行电极被等极板隔开的电容式压力传感器应用广泛，因为它具有低功耗、快速响应和结构及工作原理简单的优点。

理论上，平行板电容器的电容计算公式为：
[C = \frac{\epsilon_{r}\epsilon_{0}A}{d}]
其中，(\epsilon_{r}) 是材料的介电常数，(\epsilon_{0}) 是真空介电常数，(A) 是上下极板的有效面积，(d) 是两极板之间的间距。

这种方法通过外部力改变介电层的厚度，从而影响传感器的电容。由于压力灵敏度取决于公式（1）中的参数 (A) 和 (d)，因此改变面积或厚度会产生影响。最常见的电容式压力传感方法是改变两极板之间的间距，当施加压力时，间距会发生变化，压缩距离为 (\Delta d)，压力越大，两极板之间的距离越窄，电容就会增加。

通过改变 (\epsilon_{r}) 或 (d)，电容式压力传感器可以分