柔性压力传感器是用来测量感知各种复杂表面的压力实时变化的柔性传感电子器件,一般由柔性衬底材料,柔性电极,柔性力敏薄膜组成,按照组合方式主要分为单点式压力传感器和阵列式压力传感器。单点式压力传感器主要针对点目标,可用于实时精确测量某一个单点微小位置的压力变化情况,柔性阵列式压力传感器主要针对面目标,适用于检测复杂物体表面所受到的压力大小和压力分布状态。本论文针对构成压力传感器核心部分的柔性力敏薄膜进行了深入研究,设计制作了基于TPU(热塑性聚氨酯)和高导电炭黑复合材料的柔性力敏薄膜,并基于该柔性力敏薄膜设计制作了柔性单点压力传感器和阵列压力传感器。研究了改善压力传感器灵敏度、稳定性、重复性、响应时间、抗蠕变性能等的工艺方法。然后设计制作了相应的采集调理电路,最后利用Labview测控软件开发工具开发了相应的上位机软件,实现了对传感器信号的采集、标定、优化、处理、存储和显示。本论文首先探究了0-3构型的柔性力敏薄膜复合材料的导电机理,包括常用的导电复合材料加和效应:渗流模型理论和隧道效应理论,以及导电复合材料乘法效应:压阻效应(正压阻效应和负压阻效应),概况分析了力敏薄膜内部导电网络的形成与破坏过程;然后对力敏薄膜的各种性能表征方法进行了介绍。进一步的,通过具体实验研究了柔性力敏薄膜的制备工艺过程,包括柔性基体材料的选择,导电物质的选择和其他纳米改性材料的选择,以及有机溶剂的选择。本文实验中采用的是热塑性聚氨酯(TPU)作为基体材料,高导电炭黑作为导电物质,ITO纳米颗粒作为改性材料,用流延涂覆法制备力敏薄膜。研究了不同炭黑掺杂浓度下力敏薄膜的初始电阻变化,根据渗流模型理论找出该导电复合材料的渗流阈值为10%wt,渗流区域为10%wt-12%wt;然后在渗流区域附近制备了几种不同掺杂浓度下的力敏薄膜并分别测试其压阻性能,找出了TPU与高导电炭黑的最优化配比浓度为12%wt;最后利用各种性能表征手段对力敏薄膜的表面形貌、灵敏系数、线性度、重复性、响应时间等性能参数进行了测试。为了改善导电材料在基体材料的分散效果和抗蠕变性能,比较了掺杂ITO纳米颗粒与SiO2纳米颗粒对改善力敏薄膜重复性和一致性的影响。通过上述工作制备了性能良好的厚度为200μm的柔性力敏薄膜以及单点压力传感器、弯曲度应变传感器和4×4阵列式压力传感器,灵敏度和响应时间(﹤100ms)都得到极大优化,具备了对压力变化实时动态监测的能力。最后分别设计制作了单点和阵列压力传感器的后端信号调理电路和上位机软件,将力敏薄膜的电阻变化转化为易于测量的电压变化。单点压力传感器后端电路利用反相运算放大器mcp6001将传感器电阻变化转化为电压信号,经AVR单片机内置的模数器转换后由串口发送到上位机进行数据处理和显示;阵列压力传感器后端调理电路利用AVR单片机控制CD4051数字模拟开关实现了对阵列式压力传感器的行列扫描,将多点问题转化为易于处理的单点问题,采集的电压数据经串口发送到上位机进行数据处理和显示。针对阵列电阻测量中不可避免的电阻交叉耦合问题,提出了通过改进传感器结构来消除阵列压力传感器各传感单元之间交叉耦合问题的新方法。最后利用Labview测控开发软件开发了对应的上位机软件,实现了对传感器信号的读取和显示。