[發明專利]基于壓阻壓電柔性傳感器復合的壓力檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410790499.0
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104535229A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 劉憶森;周松斌;黃可嘉;劉哲
• 申請（專利權）人: 廣東省自動化研究所
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L1/18
• 代理公司: 廣州番禺容大專利代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

技術領域

本發明涉及壓力檢測領域，更具體地說，是涉及一種基于壓阻壓電柔性傳感器復合的壓力檢測裝置及方法。

背景技術

壓力采集系統在機器人觸覺、測力鞋墊、測力坐墊等方面有著廣闊的應用潛力，柔性傳感材料的發展更加速了壓力采集技術在可穿戴領域的發展。目前的壓力傳感檢測系統，按照傳感器種類來分類，可以分為電容式、壓阻式和壓電式。壓阻傳感器具有形變范圍大、工藝簡單、成本低廉等優勢，因此目前比較成熟的柔性壓力采集與分析系統大部分采用壓阻傳感器。

然而目前壓阻壓力采集設備普遍存在著以下問題：

(1)功耗大：壓阻壓力采集設備需要單片機不斷對壓阻傳感器的電阻值進行激勵測量，并進行A/D轉換和數據傳輸，功耗大，導致目前的壓阻壓力采集設備存在著電源模塊體積龐大或者續航能力差的問題；

(2)耐用性差：壓阻傳感的原理是在橡膠或塑料有機材料中添加包括炭黑、銀粉、碳納米管等導電填料，使其具備力敏特性，然而此類有機材料抗蠕變性能較差，傳感器長時間使用后會發生零點漂移，導致采集設備整體耐用性差；

(3)動態性能差：壓阻力敏傳感器普遍存在遲滯性問題，材料變形恢復較慢，因此對高頻壓力的響應存在較大誤差。

壓阻壓力采集設備功耗大、耐用性差、動態性能差等問題，使其在向可穿戴設備發展方向上受到了阻礙。

壓電傳感器具有動態響應好，靈敏度高的優點，卻也具有對低頻壓力響應差、空間分辨率低的問題，利用壓電傳感器正好可以彌補壓阻傳感器的不足。近年來，柔性壓電材料的發展，例如PVDF薄膜，更為構造一種壓阻壓電復合柔性傳感器，獲得低功耗、動態性能好、耐用性好的可穿戴壓力檢測系統提供了可能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提供一種基于壓阻壓電柔性傳感器復合的壓力檢測裝置及方法，解決了目前的壓阻壓力采集設備功耗大、動態性能不佳、耐用性不好的問題。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于壓阻壓電柔性傳感器復合的壓力檢測裝置，包括壓力傳感模塊、信號采集與處理模塊、喚醒模塊、零點校正模塊、無線數據通信模塊、壓力計算模塊、高頻信號校正模塊以及電源模塊；

所述壓力傳感模塊包括壓阻傳感器組和壓電傳感器組，壓阻傳感器組用于采集壓阻傳感信號，壓電傳感器組用于采集壓電傳感信號；

所述喚醒模塊用于激活信號采集與處理模塊，使之工作；

所述信號采集與處理模塊用于將壓電傳感器組和壓阻傳感器組輸入的模擬信號轉化為數字信號；

所述無線數據通信模塊用于將信號采集與處理模塊處理過后的數字信號發送至壓力計算模塊；

所述壓力計算模塊用于對接收到的壓電傳感信號和壓阻傳感信號進行分析計算并判斷是否需要啟用高頻信號校正模塊；

所述高頻信號校正模塊用于啟用壓電傳感信號來動態校正壓阻傳感信號；

所述零點校正模塊用于通過壓電傳感信號和壓阻傳感信號聯合判斷設備是否處于閑置狀態，并且在閑置狀態下對壓阻傳感器組進行零點校正；

所述壓阻傳感器組與信號采集與處理模塊連接，壓電傳感器組通過喚醒模塊與信號采集與處理模塊連接；信號采集與處理模塊還與所述零點校正模塊和無線數據通信模塊連接；所述無線數據通信模塊連接壓力計算模塊，所述壓力計算模塊與高頻信號校正模塊連接；

所述電源模塊分別與信號采集與處理模塊、喚醒模塊、零點校正模塊、無線數據通信模塊連接，用以對裝置進行供電。

作為優先選的，還包括一顯示模塊，所述顯示模塊與壓力計算模塊連接。

作為優先選的，所述壓阻傳感器組中壓阻傳感器數量為2～100個，按照應用場合需要布置于傳感區域。

作為優先選的，所述壓阻傳感器組為壓阻傳感陣列。

作為優先選的，所述壓電傳感器組包括1個壓電傳感器。

作為優先選的，所述信號采集與處理模塊包括壓阻傳感信號采集電路、壓電傳感信號采集電路、A/D轉換器、數據處理模塊和供電電子開關。

作為優先選的，所述喚醒模塊包括與處理電路和電壓比較器，喚醒模塊與信號采集與處理模塊的單片機相連，喚醒模塊通過觸發單片機中斷引腳，喚醒信號采集與處理模塊進入激活狀態。

作為優先選的，所述無線數據通信模塊采用藍牙通訊方式與壓力計算模塊通訊連接。

一種采用上述裝置進行壓力檢測的方法，包括以下步驟：