基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统及其制作方法与流程

1.本发明涉及接触压力传感器技术领域，尤其涉及基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统及其制作方法。


背景技术：

2.随着科技快速发展和工作环境更加趋于复杂化和多样化，人们对电子器件在便携性、柔韧性、可穿戴性等方面要求越来越高。柔性感知传感器作为一种新型的电子器件，它在人机交互、医疗健康、机器触觉等应用领域具有比传统刚性传感器更大的优势。
3.传统柔性压力传感器根据工作机制不同主要分为压容式、压阻式、压电式三类，由于原理简单、易于测量的优点引起科研人员广泛研究，最新的压容式压力传感器可实现与人类皮肤相当的高分辨率，但在三维压力感知解耦与阵列集成方面面临着体积庞大、结构复杂等挑战，限制了在三维压力感知领域的应用。基于磁性薄膜的触觉传感器，可通过霍尔元器件精确感知薄膜的磁场变化，并自然地解耦法向力和剪切力，简化传感结构和校准过程，因此具有较大的应用前景。中国发明cn 114739541 a报道了一种基于磁性薄膜的触觉传感器，该传感器为三明治结构，从上向下依次为柔性磁膜、中间弹性体和磁性传感单元，通过磁性传感，捕捉柔性磁膜由于形变而引起的磁场变化，具有响应快速，耐温性好的优点，但由于中间弹性体为弹性模量较高的实心结构，相同外力作用下变形量较小，灵敏度较低。因此，开发具有高瞬态响应、高精度、高分辨率等特点的磁性压力传感器极为重要。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于永磁性多孔弹性体的柔性(三维)感知系统及其制作方法。
5.本发明传感层为使用牺牲模板法制备的永磁性多孔薄膜，具有弹性模量低、可拉伸和孔隙均匀等优点，微小作用力即可造成多孔薄膜结构变形，进而引起磁场明显变化。本发明克服了传统永磁性柔性传感器灵敏度较低、准确度低、结构复杂等缺点，具有灵敏度高、响应速度快、耐用性强、可阵列集成和易于制作等特点。
6.具体而言，第一方面，本发明提供的柔性感知系统包括从上到下依次设置的低弹性模量的硅橡胶与钕铁硼(ndfeb)颗粒混合体的永磁性多孔弹性膜、硅胶过渡层、pla打印壳体、焊有霍尔传感器的柔性电路板(fpc)。
7.本发明使用硅橡胶和钕铁硼(ndfeb)来合成永磁性多孔弹性薄膜，使用霍尔传感器接收磁场变化；柔性多孔磁弹性体对外力敏感，可显著提升实体薄膜的收缩比，能够将接触压力引起微小形变转化为薄膜的磁场变化，霍尔传感器电压随磁场强度的变化而变化。本发明中磁化的磁膜和三维霍尔传感器复合，外力施加在磁膜上引起磁场的变化，霍尔传感器接收到磁场的变化后，进而可以得出所施加外力的大小和方向。本发明灵敏度高，准确性高，有高分辨率，结构简单且易于制作，使用了柔性电路板，相对于刚性电路板，应用范围更广，系统能够测得微小应力。
8.第二方面，本发明提供所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其中永磁性多孔弹性膜的制备包括以下步骤：
9.1)将糖颗粒与水混合搅拌，压入模具中，真空干燥，得糖块；
10.2)将硅橡胶与钕铁硼颗粒混合，并匀质搅拌，得第一混合体；
11.3)将所述第一混合体倒入所述糖块，抽真空，得第二混合体；
12.4)待所述第二混合体凝固，进行超声波水浴和真空干燥，得第三混合体；
13.5)将所述第三混合体充磁，得到永磁性多孔弹性膜。
14.作为优选，本发明提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，包括以下步骤：
15.1)将糖颗粒与水混合搅拌，压入模具中，真空干燥，得糖块；
16.2)将硅橡胶与钕铁硼(ndfeb)颗粒混合，并匀质搅拌，得第一混合体；
17.3)将所述第一混合体倒入所述糖块，抽真空，得第二混合体；
18.4)待所述第二混合体凝固，进行超声波水浴和真空干燥，得第三混合体；
19.5)将所述第三混合体充磁，得到永磁性多孔弹性膜；
20.6)将所述永磁性多孔弹性膜与硅胶过渡层连接；
21.7)将pla打印壳体与连有霍尔传感器的柔性电路板(fpc)组合，并将所述pla打印壳体与所述硅胶过渡层连接。
22.作为优选，步骤1)中，将糖颗粒与去离子水用玻璃棒混合搅拌1～2min；然后填压入3d打印模具中，真空干燥1～2h，得糖块。更优选的，所述糖颗粒的粒径为0.45～1.25mm，所述糖颗粒的质量为10～40g，所述去离子水的质量为0.5～2g。本发明中，糖颗粒与水质量比影响所制备的糖块硬度，同时糖颗粒粒径的选择影响制备的多孔弹性膜的孔隙大小和步骤三真空抽入的成功率。本发明优选选择的糖颗粒粒径以及糖颗粒与水的质量比制备的糖块在步骤三与混合体混合抽真空时，能够使混合体完全抽入糖块内部孔隙，得到合适的感知系统的灵敏度和增加制备成功率。
23.作为优选，步骤2)中，将硅橡胶与ndfeb颗粒混合，均质搅拌3～5min，得混合体。更优选的，所述硅橡胶的质量为10～40g，所述ndfeb颗粒的质量为15～60g，所述ndfeb颗粒的粒径为2～5μm。本发明具体的，ndfeb颗粒和硅橡胶的质量比的选择影响步骤三需要的混合体的流动性，质量比增加会增加系统的灵敏度，但是混合体的流动性会减小，进一步，步骤三的成功率减少。本发明中优选选择的上述质量比满足系统需求的灵敏度，并且得到满足制备需求混合体流动性。
24.进一步优选，取10～20g ecoflex 00-30a液，与粒径为2～5μm的15～30g ndfeb颗粒混合，均质搅拌1～5min，得到混合体a液；取10～20g ecoflex 00-30b液，与15～30g所述ndfeb颗粒混合，均质搅拌1～5min，得到混合体b液，将混合体a、混合体b液进行1:1混合，混合搅拌。本发明中，采用混合体a、混合体b的混合方法，满足制备过程中避免ecoflex 00-30a液和b液提前混合导致步骤三时间不足，混合体凝固其流动性无法满足制备需求。
25.作为优选，步骤3)中，将步骤1)干燥后的糖块放入3d打印容器中，将步骤2)得到的混合体放入所述3d打印容器中至没过所述糖块，真空干燥箱抽真空3～5次。
26.进一步优选，本发明中的3d打印模具为内径为长度20mm宽度20mm高度5mm的长方体3d打印模具；和/或，3d打印容器为内径为长度22.5mm宽度22.5mm高度20mm的长方体3d打
印容器。本发明中，3d打印模具的形状和体积取决于所应用的永磁性多孔弹性膜的形状和体积，方案仅提供制作思路。
27.作为优选，步骤4)中，所述第二混合体在空气中常温凝固2～4h，得到糖块与混合体的组合物，进行超声波水浴90～120min，真空干燥1～2h，得到多孔弹性体薄膜。
28.作为优选，步骤5)中，对所述多孔弹性体薄膜进行1500～1700v高压充磁；优选的，使高压充磁机磁化中心与所述多孔弹性体薄膜中心对准进行充磁，得到永磁性多孔弹性膜；或使用正弦磁化方法将所述多孔弹性体薄膜旋转充磁；或运用海尔贝克整列将所述多孔弹性体薄膜分成多个部分充磁。
29.作为优选，步骤6)中，将2～10g硅橡胶置于3d打印容器中，凝固5～10min，待硅橡胶处于半凝固状态，将所述永磁性多孔弹性膜以无应力的状态置于混合物表面，凝固2～4h，得到永磁性多孔弹性膜和硅胶过渡层的组合体。本发明中，凝固时间受环境温度影响，半凝固状态的连接方式能得到均匀中间介质连接层。
30.作为优选，步骤7)中，将霍尔传感器与fpc板焊接，将pla打印壳体与所述fpc板组合。
31.进一步优选，所述pla打印壳体的下半部分将所述fpc板箍住，所述pla打印壳体的上半部分的下表面与霍尔传感器贴合，上表面使用胶水薄涂一层，霍尔传感器与永磁性多孔弹性膜磁极中心对准，将硅胶过渡层无应力置于pla打印壳体上。
32.本发明提供的制作方法制得的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统具有灵敏度高，准确性高，有高分辨率，结构简单且易于制作，使用了柔性电路板，相对于刚性电路板，应用范围更广，系统能够测得微小应力。结合深度学习算法，可以实现触觉传感器的自解耦和超分辨率，以实现仿人类皮肤的触觉感知。
33.本发明至少具有如下有益效果：
34.1)柔性多孔磁弹性体弹性模量小，对外力敏感，灵敏度高，可显著提升实体薄膜的收缩比，能够将接触压力引起微小形变转化为薄膜的磁场变化。
35.2)本发明采用磁化的磁膜和三维霍尔传感器复合，外力施加在磁膜上引起磁场的变化，霍尔传感器接收到磁场的变化后，进而可以得出所施加外力的大小和方向。采摘机器人的触觉传感器和人的皮肤相比灵活性存在较大差距，而此种磁性皮肤可以提供独立的正压力和切应力的测量，给机器人提供更精确的力的反馈。
36.3)本发明将所制作的接触压力感知系统集成至果蔬采摘机器人机械抓手上，研究适应不同应用场景下永磁性多孔弹性膜的三维压力感知系统所测量的精准度，通过力的精确反馈调整机械手指姿态和接触力，最终指导采摘机器人采用合适的姿态和力度抓握果实及其它物品。
37.4)本发明结构简单，原料易得，便于制作。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例以及现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性三维感知系统的制作流程图。
40.图2为本发明提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性三维感知系统结构示意图。
41.图3为本发明提供的传感器性能测试时所搭建的试验台方案示意图。
42.图4为本发明提供的正应力与z轴方向磁感应强度bz的变化趋势图。
43.图5为本发明提供的正应力与z轴方向磁感应强度bz的拟合结果图。
44.图6为本发明提供的切应力与切向磁感应强度by的拟合结果图。
45.图7为本发明提供的使用正态曲线插补的三维位置应力状态图。
46.图8为本发明提供的三维触觉感知机器手应用案例图。
47.图9为本发明提供的三维触觉感知机器手应用负反馈调节实例图。
48.附图标记：1-永磁性多孔弹性膜，2-硅胶过渡层，3-pla打印壳体，4-焊有霍尔传感器的fpc板，5-三轴移动平台，6-测试单元，7-推压力计，8-光学平台。
具体实施方式
49.为了使发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
51.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
53.下面将进一步结合实施例和附图对本发明进行进一步说明。
54.图1是本发明提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性三维感知系统的制作方法和流程图，图2是本发明提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性三维感知系统结构示意图。本发明实施例中，参见图1-2，本发明实施例提供的基于永磁性多孔弹性体的柔性三维感知系统包括从上到下依次设置的低弹性模量的ecoflex 00-30与ndfeb颗粒混合体的永磁性多孔弹性膜1、硅胶过渡层2、pla打印壳体3以及焊有霍尔传感器的fpc板4。
55.本发明实施例中，在永磁性多孔弹性膜1的内部存在随机均匀分布的大量孔隙，由于高孔隙率降低了薄膜的弹性模量，因此永磁性多孔弹性膜1有着高分辨率和精确率，其用于感知测量信号，在所述系统中为敏感元件。
56.本发明实施例中，永磁性多孔弹性膜1能够在受力作用下，在位移信号下实现磁场信号改变，并且传输焊有霍尔传感器的fpc板4实现电信号储存输出。
57.本发明实施例中，ecoflex 00-30的硅胶过渡层2用于连接永磁性多孔弹性膜1和pla打印壳体3，以在柔性的永磁性多孔弹性膜1的接触面形成缓冲层。
58.本发明实施例中，pla打印壳体3能够集成永磁性多孔弹性膜1和焊有霍尔传感器的fpc板4，连接敏感元件和测量电路，实现封装。
59.本发明实施例中，永磁性多孔弹性膜的感知系统采取ecoflex00-30柔性材料组装，实现单元体柔性功能，因此在柔性抓取等领域具有推广应用价值。
60.本发明实施例中，糖颗粒采用太古优级白砂糖，具体的，满足国家优级白砂糖标准，和/或，采用粒径合适可溶于水的材料；
61.本发明实施例提供永磁性多孔弹性膜的接触压力感知系统的制作方法，包括以下步骤：
62.1)将糖颗粒与水混合搅拌，压入模具中，真空干燥，得糖块；
63.2)将硅橡胶与ndfeb颗粒混合，并匀质搅拌，得第一混合体；
64.3)将所述第一混合体倒入所述糖块，抽真空，得第二混合体；
65.4)待所述第二混合体凝固，进行超声波水浴和真空干燥，得第三混合体；
66.5)将所述第三混合体充磁，得到永磁性多孔弹性膜；
67.6)将所述永磁性多孔弹性膜与硅胶过渡层连接；
68.7)将pla打印壳体与连有霍尔传感器的fpc板组合，并将所述pla打印壳体与所述硅胶过渡层连接。
69.作为一些优选实施例，步骤1)中，粒径0.45～1.25毫米的糖颗粒质量为10～20克，去离子水质量为0.5～1克，用玻璃棒混合搅拌时间为1～2分钟，将混合好的糖块充分填压入3d打印模具，放入真空干燥箱干燥1～2小时。
70.作为一些优选实施例，步骤2)中，所述硅橡胶质量为10～40克，与粒径为2～5微米的15～60克ndfeb颗粒混合，放入匀质搅拌机均质搅拌3～5分钟，得混合体。
71.作为一些优选实施例，步骤3)中，所述干燥后的糖块放入长方体3d打印容器中，将步骤(2)得到的混合体倒入容器中至完全没过糖块，迅速放入真空干燥箱抽真空3～5次。
72.作为一些优选实施例，步骤4)中，所述等待抽真空后的混合体在空气中常温凝固2～4小时，待完全凝固后从容器中取出，得到糖块与混合体的组合物，将糖块放入超声波清洗机超声波水浴90～120分钟，糖块完全溶解后取出，得到多孔弹性体薄膜，将薄膜置于真空干燥箱干燥1～2小时。
73.作为一些优选实施例，步骤5)中，所述使用高压充磁机对薄膜进行1500～1700v高压充磁，使充磁机磁化中心与薄膜中心对准进行充磁，得到永磁性多孔弹性膜；或使用正弦磁化方法将薄膜旋转充磁；或运用海尔贝克整列将薄膜分成若干部分充磁。
74.作为一些优选实施例，步骤6)中，所述称取硅橡胶2～10克，倒入3d打印容器中，在空气中凝固5～10分钟后，硅橡胶处于半凝固状态，此时将永磁性多孔弹性膜以无应力的状态置于混合物表面，在空气中常温凝固2～4小时，得到永磁性多孔弹性膜和硅胶过渡层的组合体。
75.作为一些优选实施例，步骤7)中，所述霍尔传感器焊接在fpc板正中央，用pla材料
3d打印壳体即pla打印壳体与fpc板组合，pla打印壳体的下半部分将fpc板箍住，pla打印壳体的上半部分为长方体，能使霍尔传感器贴合pla打印壳体的上半部分的下表面，pla打印壳体的上半部分的上表面则使用胶水薄涂一层，在霍尔传感器与永磁性多孔弹性膜磁极中心对准时将硅胶过渡层无应力置于壳体上。
76.本发明进一步提供的实施例，永磁性多孔弹性膜的制备过程包括：
77.步骤s11:取0.45～1.25毫米糖颗粒质量为20g，去离子水质量为1g，用玻璃棒混合搅拌时间为1min，3d打印模具为内径为长度20mm宽度20mm高度5mm的长方体，将混合好的糖块充分填压入模具，压紧压实后放入真空干燥箱里冷冻干燥2h。
78.步骤s12:取ecoflex 00-30a液质量为20g，与30g粒径为2～5微米的ndfeb颗粒混合，放入匀质搅拌机均质搅拌3min；ecoflex 00-30b液质量为20g，与30gndfeb颗粒混合，重复上述步骤，得到混合体a液和b液，将a、b液进行1:1混合，充分用玻璃棒混合搅拌1min。
79.步骤s13:所述干燥后的糖块尺寸为长度20mm宽度20mm高度5mm，放入内径为长度22.5mm宽度22.5mm高度20mm的3d打印容器中，将步骤(2)得到的混合体倒入容器中至完全没过糖块，迅速放入真空干燥箱抽真空5次。
80.步骤s14:所述等待抽真空后的混合体在空气中常温凝固3h，待完全凝固后从容器中取出，得到长度20mm宽度20mm高度5mm的糖块与混合体的长方体组合物，将糖块放入超声波清洗机超声波水浴90min，至糖块完全溶解后取出，得到多孔弹性体薄膜，将薄膜置于真空干燥箱干燥1h。
81.步骤s15:所述使用高压充磁机对薄膜进行1700v高压充磁，使充磁机磁化中心与薄膜中心对准进行充磁，得到尺寸为长度20mm宽度20mm高度5mm的永磁性多孔弹性膜。
82.本发明进一步提供的实施例，所述的硅胶过渡层制备过程包括：
83.步骤s21:所述称取ecoflex 00-30a液和b液各10g，用玻璃棒充分搅拌混合3min，倒入内径为长度24mm宽度24mm高度0.5mm的3d打印容器中。
84.步骤s22:在空气中凝固10min后，混合物处于半凝固状态，此时将永磁性多孔弹性膜以无应力的状态置于混合物表面，在空气中常温凝固3h，得到永磁性多孔弹性膜和硅胶过渡层的组合体。
85.本发明提供的实施例，所述霍尔传感器焊接在fpc板正中央，用pla材料3d打印壳体与fpc板组合，pla打印壳体的下半部分将fpc板箍住，pla打印壳体的上半部分为长度24mm宽度24mm高度1.5mm长方体，能使霍尔传感器贴合pla打印壳体的上半部分的下表面，pla打印壳体的上半部分的上表面则使用胶水薄涂一层，在霍尔传感器与永磁性多孔弹性膜磁极中心对准时将硅胶过渡层无应力置于壳体上。
86.本发明实施例提供的传感器性能测试方法如下：
87.实验台搭建如图3，由打印3d模具使用螺钉分别将安装有特定压头的推压力计7固定在三轴移动平台5上、永磁性多孔弹性薄膜的三维压力感知系统的测试单元6固定在光学平台8上，控制三轴移动平台使压头正对传感器测试单元，通过三轴移动平台控制压头纵向位移实现正应力的施加，压力计实时显示施加压力的大小，其中三轴移动平台为龙门机构。
88.正应力标定实验方案：记录实验初始传感器读数，控制压头以0.1mm的步长下压，通过控制压痕深度调整正应力的大小，压力机每向下0.1mm停顿，记录50组传感器稳定读数及正应力数值并加深压痕重复实验。多次实验采集数据后，整理实验数据并使用matlab进
行数据处理和函数曲线拟合。图4为三轴磁通量、温度与压力变化趋势(归一化处理)，图5为正应力与z向磁通量的拟合结果。
89.切应力标定实验方案：对正应力实验台改造，打印具有一定倾斜角度(arctan0.5)的切应力标定实验台和具有同倾斜角度的压头，下压同时施加正应力和切应力，通过对已知合力的分解，可进行切应力标定。
90.实验设置：初始实验记录实验初始传感器读数，点胶机控制压头以0.1mm的步长向下位移，通过控制压痕深度控制正应力的大小，压力机每向下0.1mm停顿，稳定后读取记录50组传感器读数及压力计压头施加的合力数值，每次实验数据量1500组整理采集数据，使用matlab进行曲线拟合，如图6。
91.两组标定实验使用数显式推拉力计可实时记录压力变化。接触压力感知传感器样品通过3d模具固定在光学平台上，三轴移动平台向下运动使压头与样品相互碰撞或挤压。通过调节测试头对传感器样品压出不同深度的压痕，可对接触压力感知传感器施加不同压力。
92.数据可视化：上位机接受到信号后演算出xyz三方向的受力情况，对演算后的数据进行可视化处理，动态二维图可以实时显示当前各方向力值变化。触觉模块还可以对当前受力点的空间位置和大小进行三维实时动态显示，解析出力的作用位置和大小后，用正态分布曲线进行插补，如图7。
93.最终，可将该永磁性多孔弹性膜的接触压力感知系统安装在机械手上，如图8；实现机械手的负反馈调节，如图9进行的纸杯实验，通过力的调节控制，以合适力度抓握纸杯并进行力的反馈和显示。
94.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统，其特征在于，包括从上到下依次设置的低弹性模量的硅橡胶与钕铁硼颗粒混合体的永磁性多孔弹性膜、硅胶过渡层、pla打印壳体、焊有霍尔传感器的柔性电路板。2.权利要求1所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，永磁性多孔弹性膜的制备包括以下步骤：1)将糖颗粒与水混合搅拌，压入模具中，真空干燥，得糖块；2)将硅橡胶与钕铁硼颗粒混合，并匀质搅拌，得第一混合体；3)将所述第一混合体倒入所述糖块，抽真空，得第二混合体；4)待所述第二混合体凝固，进行超声波水浴和真空干燥，得第三混合体；5)将所述第三混合体充磁，得到永磁性多孔弹性膜。3.根据权利要求2所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤1)中，将糖颗粒与去离子水用玻璃棒混合搅拌1～2min；然后填压入3d打印模具中，真空干燥1～2h，得糖块；优选的，所述糖颗粒的粒径为0.45～1.25mm，所述糖颗粒的质量为10～40g，所述去离子水的质量为0.5～2g。4.根据权利要求3所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤2)中，将硅橡胶与ndfeb颗粒混合，均质搅拌3～5min，得混合体；优选的，所述硅橡胶的质量为10～40g，所述ndfeb颗粒的质量为15～60g，所述ndfeb颗粒的粒径为2～5μm。5.根据权利要求4所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤3)中，将步骤1)干燥后的糖块放入3d打印容器中，将步骤2)得到的混合体放入所述3d打印容器中至没过所述糖块，真空干燥箱抽真空3～5次。6.根据权利要求2-5任一项所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤4)中，所述第二混合体在空气中常温凝固2～4h，得到糖块与混合体的组合物，进行超声波水浴90～120min，真空干燥1～2h，得到多孔弹性体薄膜。7.根据权利要求2-6任一项所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤5)中，对所述多孔弹性体薄膜进行1500～1700v高压充磁；优选的，使高压充磁机磁化中心与所述多孔弹性体薄膜中心对准进行充磁，得到永磁性多孔弹性膜；或使用正弦磁化方法将所述多孔弹性体薄膜旋转充磁；或运用海尔贝克整列将所述多孔弹性体薄膜分成多个部分充磁。8.根据权利要求2所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，硅胶过渡层的制备以及传感器组件连接通过以下步骤：6)硅胶过渡层制备，将所述永磁性多孔弹性膜与硅胶过渡层连接；7)将pla打印壳体与连有霍尔传感器的柔性电路板组合，并将所述pla打印壳体与所述硅胶过渡层连接。9.根据权利要求8所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤6)中，将2～10g硅橡胶置于3d打印容器中，凝固5～10min，待硅橡胶处于半凝固状态，将所述永磁性多孔弹性膜以无应力的状态置于混合物表面，凝固2～4h，得到永磁性多孔弹性膜和硅胶过渡层的组合体。10.根据权利要求8所述的基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统的制作方法，其特征在于，步骤7)中，将霍尔传感器与fpc板焊接，将pla打印壳体与所述fpc板组合；优选的，所
述pla打印壳体的下半部分将所述fpc板箍住，所述pla打印壳体的上半部分的下表面与霍尔传感器贴合，上表面使用胶水薄涂一层，霍尔传感器与永磁性多孔弹性膜磁极中心对准，将硅胶过渡层无应力置于pla打印壳体上。

技术总结
本发明涉及接触压力传感器技术领域，尤其涉及基于永磁性多孔弹性体的柔性感知系统及其制作方法。本发明提供的柔性感知系统包括从上到下依次设置的低弹性模量的硅橡胶与钕铁硼颗粒混合体的永磁性多孔弹性膜、硅胶过渡层、PLA打印壳体、焊有霍尔传感器的柔性电路板(FPC)。本发明传感层为使用牺牲模板法制备的永磁性多孔薄膜，具有弹性模量低、可拉伸和孔隙均匀等优点，微小作用力即可造成多孔薄膜结构变形，进而引起磁场明显变化。本发明克服了传统永磁性柔性传感器灵敏度较低、准确度低、结构复杂等缺点，具有灵敏度高、响应速度快、耐用性强、可阵列集成和易于制作等特点。可阵列集成和易于制作等特点。可阵列集成和易于制作等特点。


技术研发人员：何志祝 陈梦晗 刘梦婷 李茂林 董昊轩 刘铭扬 刘伟 李振明
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司 国网北京市电力公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/7/22