[發明專利]用柔性壓敏線圈測量壓力和非接觸式位移的方法

在審

• 申請號: 201811351018.0
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109341908A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 王璐珩;呂丹丹;凌玉華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用柔性壓敏線圈測量壓力和非接觸式位移的方法，屬于測量技術領域。在標定前，對柔性壓敏線圈施加重壓和多次加卸載循環以提高線圈內部導電網絡的穩定性；在標定階段，獲取柔性壓敏線圈的臨界阻抗及其所對應的臨界數字量，并得到非接觸和接觸階段的標定數據；在測量階段，比較柔性壓敏線圈阻抗所對應的數字量與臨界數字量的大小以確定柔性壓敏線圈是否處于接觸處階段，進而用標定數據得到壓力和非接觸式位移。用本發明提出的方法，可提高柔性壓敏線圈阻抗隨壓力和非接觸式位移變化的重復性，并能判斷出線圈的受力狀態，進而實現接觸和非接觸階段的測量，特別適用于現代大型設備狹小曲面層間壓力和非接觸式位移測量等領域。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，特別涉及到柔性傳感器、壓力測量和非接觸式位移測量。

背景技術

越來越多的現代工程應用中迫切需要傳感器具有纖薄柔軟的特點。比如，大型設備狹小曲面層間壓力與非接觸式位移測量是提高裝配速度和確保系統安全運行的關鍵，但是受到現場空間結構尺寸的限制，很難安裝傳統的剛性傳感器。因此，需要傳感器具有柔性，能夠柔順地貼附于狹小曲面層間來完成壓力與非接觸式位移的測量任務。由導電高分子復合材料構成的線圈具有柔韌性、壓力敏感性和非接觸式位移敏感性，故而能夠用于制備柔性壓敏線圈以實現狹小曲面層間壓力和非接觸式位移測量。但柔性壓敏線圈內部的導電網絡結構在不同加卸載循環下存在差異，進而導致較大的重復性誤差，而且整個測量涉及到接觸階段和非接觸階段兩個物理過程。因此，如何提高柔性壓敏線圈阻抗隨壓力和非接觸式位移變化的重復性，如何區分接觸和非接觸階段以進一步實現壓力和非接觸式位移測量是亟需解決的關鍵難題。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出用柔性壓敏線圈實現壓力與非接觸式位移測量的方法，包括以下步驟：

(1)、在標定前，對柔性壓敏線圈施加大小為壓力量程m倍的壓力并維持k小時后卸載至零壓力，然后，對柔性壓敏線圈重復以下加卸載循環n次：從零壓力加載至大小為壓力量程的壓力再卸載至零壓力；將柔性壓敏線圈的兩端接到運算放大器輸出端和反向端，將運算放大器輸出端接到模數轉換模塊的輸入端，將模數轉換模塊輸出的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量接入微處理器；

(2)、在標定階段，獲取柔性壓敏線圈由非接觸階段向接觸階段轉變處的阻抗值作為臨界阻抗，進而得到臨界阻抗所對應的接入微處理器的數字量作為臨界數字量；以非接觸式位移量程的M分之一為步長設置(M+1)個非接觸式位移標定點，獲取非接觸式位移標定點處的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量，進而得到非接觸階段的標定數據，并得到由相鄰的非接觸式位移標定點處的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量所構成的M個非接觸階段標定子區間；以壓力量程的N分之一為步長設置(N+1)個壓力標定點，獲取壓力標定點處的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量，進而得到接觸階段的標定數據，并得到由相鄰的壓力標定點處的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量所構成的N個接觸階段標定子區間；

(3)、在測量階段，首先比較接入微處理器的與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量與臨界數字量的大小，如果與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量大于臨界數字量，則先確定與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量所在的非接觸階段標定子區間，然后再利用非接觸階段的標定數據將與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量轉換為非接觸式位移；如果與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量小于臨界數字量，則先確定與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量所在的接觸階段標定子區間，然后再利用接觸階段的標定數據將與柔性壓敏線圈阻抗相對應的數字量轉換為壓力。

本發明的特點及效果：