基于液态金属的电容式传感器与传统传感器的组成和工作原理类似［5］，以平板式电容传感器为例，其组成部分如图13.12所示，包括液态金属电极（分为上极板和下极板）、介电层、基材和引线等。其中，基材主要用于将液态金属限制在加工成形的空间内（图13.13），而液态金属一般通过注射的方法灌注到上述区域内。根据图13.12以及平板电容的计算公式，可以知道，影响液态金属电容器的主要因素包括：①两极板间的相对面积大小；②两极板之间的距离；③介电层材料。当外界作用施加到电容传感器引起上述因素改变时，电容会发生变化，通过将该变化电容信号转换成对应的外界作用信号，可以获得该施加的物理量的大小、方向等。此类传感器可作为柔性检测单元在人体运动行为监测中发挥作用。
图13.12 基于液态金属的电容式传感器［5］
图13.13 传感器设计［5］
a.单层液态金属柔性电容传感器方案；b.多层液态金属柔性电容传感器方案；c.上为“单层”设计，下为“多层”设计。
图13.14则显示了两种液态金属电容传感器的电容值（C）与电极面积（S）之间的关系［6］。其中蓝色曲线代表“单层”电容传感器，拟合表达式为：C=0.078 5S-0.896 9，其相关系数为0.998 4；黄色曲线代表“多层”电容传感器，拟合的表达式为：C=0.225 9S+1.839 3，其相关系数为0.9854。
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图13.14 电容传感器电容值与电极面积的关系［6］
对传感器分别施加不同程度的压力，并记录该压力下的电容值。对相应实验数据进行线性拟合分析，可得图13.15所示的电容传感器的压力响应曲线［6］，良好的线性足以证明该传感器具有一定的分辨所施加压力大小的能力。通过对这些数据进行线性拟合，所获得的表达式为：C=0.597 1F+60.432，其中，C为传感器电容值，F为施加重量，其相关系数为0.9768。
图13.15 压力响应实验数据的线性拟合曲线［6］
在生物医学可穿戴式设备中，对老年人的意外警示如防跌倒等应用中，传感器信号的可靠性是极为关键的。为此，可在检测电路中加入LED显示模块，用以演示液态金属柔性传感器所发出的信号，演示系统如图13.16所示［5，6］。在此实验中，选定了特定阈值，在对电容传感器施加压力的过程中，随着压力增加，LED等先后点亮，为传感器信号提供了直观的演示。在如老年人意外警示的实际应用中，可以依据此信号判定检测部位受撞击的程度来发出求助信号。此外，在其他应用如足底压力运动监测、触压传感信号等方面也可以通过构建液态金属电容传感阵列来实现。
图13.16 轻压下点亮LED传感信号演示［5，6］
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