基于仿生学研究的感觉传感器介绍

摘要：近年来仿生学的研究带动了感觉传感器的发展，各种感觉传感器层出不穷，如压觉传感器、接触觉传感器、视觉传感器、滑觉传感器等。感觉传感器的飞速发展为工业自动化技术的进步注入了新的活力，文章主要对感觉传感器进行介绍。

关键词：感觉传感器；仿生学；工业自动化

中图分类号：Q811.213　文献标识码：A　文章编号：1006-8937(2010)24－0103-01

近年来，由于仿生学研究的发展，在传感器市场上出现了一批新型的仿生传感器。文章着重介绍几种比较成熟的新型感觉传感器及其工作原理。

1　压觉传感器

压觉传感器的主要功能是测量所接触外界物体的压力及其压力分布。其敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有压敏导电橡胶，由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。使用最多的是压阻式和电容式，特别是硅电容压觉传感器得到了广泛应用。

硅电容压觉传感器的结构组成。硅电容压觉传感器单位电容的两个电极分别采用局部蚀刻的硅薄膜和玻璃板上被金属化的极板组成。采用静电作用把硅基片粘贴到玻璃衬板上，并用二氧化硅作电容极板与基片间的绝缘膜，将每行上的电容板连接起来，但行与行之间是绝缘的。行导线在槽里垂直地穿过硅片；金属列线水平的分布在硅片槽下的玻璃板上，在单位区域内扩展成电容电极，这样就形成一个X-Y平面的电容阵列。而在阵列上覆盖有带孔的保护盖板，盖板上有一块带孔的表面覆盖有薄膜层的垫片，垫片上开有槽沟，其作用是减少局部作用力的图像扩散。盖板与垫片的孔连通，在孔中填满诸如硅橡胶等可传递力的物质。

2　接触觉传感器

接触觉传感器的主要功能就是判断机器人(主要指四肢)是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征。针式差动传感器，机械式(例如微动开关)接触传感器，导电橡胶，含碳海绵等都是常见的接触觉传感器。当接触力作用时，这些传感器通过通断方式输出高低电平进而实现传感器对被接触物体的感知。

针式差动传感器及其工作原理。在针式差动传感器的各触针传感器上绕有激励线圈与检测线圈，每个传感器均由钢针、塑料套筒、以及给每针杆加复位力的磷青铜弹簧等构成。它的基本工作原理是：当针杆与物体接触产生位移时，其根部的磁性体将随之运动，从而增强了两个线圈间的耦合系数。通过控制电路使各行激励线圈上加上交流电压，检测线圈的感应电压，随针杆位移增加，该电压增大，通过扫描电路轮流读出各列检测线圈上的感应电压。感应电压实际上表明了针杆的位移量。电压量通过CPU运算判断，即可知道对象物体的特征或传感器自身的感知特性。

3　视觉传感器

视觉传感器在众多领域拥有非常宽广的应用前景。当前已经投入市场的视觉传感器的主要原理是先从一整幅图像中捕获光线的数以千计的像素。通常用分辨率来衡量图像的清晰和细腻程度，并以像素数量表示。在捕获图像之后，视觉传感器将其与预先存储的基准图像进行比较，做出分析。与光电传感器相比，视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性。视觉传感器能够检验更大的面积，并且还实现了更佳的目标位置和方向灵活性。

4　滑觉传感器

滑觉传感器实际上是一种位移传感器，主要用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时物体所产生的滑移。滑觉传感器的种类主要有球式滑动传感器，滚轴式滑动传感器等。按照有无滑动方向检测功能可分为无方向性、单方向性和全方向性三类。无方向性传感器有探针耳机式，它由蓝宝石探针、金属缓冲器、压电罗谢尔盐晶体和橡胶缓冲器组成。单方向性传感器有滚筒光电式，它的工作原理主要是被抓物体的滑移使滚筒转动导致光敏二极管接收到透过码盘的光信号，然后通过滚筒的转角信号而测出物体的滑动。全方向性传感器采用表面包有绝缘材料并构成经纬分布的导电与不导电区的金属球。当传感器接触物体并产生滑动时，球发生转动，使球面上的导电与不导电医交替接触电极，从而产生通断信号，通过对通断信号的计数和判断可测出滑移的大小和方向。

5　结语

虽然仿生传感器的发展仅有30多年的历史，但计算机技术和材料科学的飞速发展，极大地推动了感觉传感器技术的发展，而感觉传感器技术又直接影响着自动化技术的发展，相信在不久的将来，像压觉传感器、接触觉传感器、视觉传感器这样的新型感觉传感器必定会在工业制造、农业生产、科学研究、国防建设等众多领域得到广泛的应用。

参考文献：

[1]贺安之，阎大鹏，现代传感器原理及应用[M]，北京：宇航出版社，1995，