2.3.3　电容式触觉传感器

电容式触觉传感器的工作原理是把被测力信息转换为电容量变化，该类型传感器的敏感单元是具有可变参数的电容器，其最常用的形式是由两个平行电极组成，极间介质为空气。一般而言，用于测力的触觉传感器是通过测量外力所引起的电极间距变化来反映相对应的受力信息，此外，还可通过测量电容器的面积变化来获取角位移或线位移，或者通过测量介质的变化完成不同介质的温度、密度、湿度的测定。

J.G.Rocha和C.Santos等设计了一种可检测三维力的电容式触觉传感器^［11］，其结构示意图见图2-8（a）。传感器敏感单元的基体为柔性绝缘橡胶材料，在橡胶的上表面中央位置粘贴一方形的导电铝片，下表面按2×2阵列排布四块铝片，按这样的结构设计，构造了四个电容器C₁、C₂、C₃、C₄，如图2-8（b）所示。该传感器是通过检测四个电容器的电容值变化来获得三维力信息，电容值与三维力间的关系表示如下：

2006年，Hyung-Kew Lee等利用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，简称PDMS）制作了一种电容式触觉传感器，该传感器具有高可靠性和高分辨率，并且具有类似于人类皮肤的柔性^［12］。

图2-8　电容式触觉传感器构造及视图

电容式触觉传感器具有结构简单、造价较低、灵敏度高以及动态响应好等优点，尤其是对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性比较强。但是，该类型的传感器输出一般会表现为非线性，并且固有的寄生电容和分布电容均会对传感器的灵敏度和测量精度产生影响。20世纪70年代以来，随着集成电路技术的发展，出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器，这种新型的传感器能够大大减小分布电容的影响，克服了其固有的缺点。电容式触觉传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。