CN114486065A - 一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，包括：第一移动机构、第二移动机构、压头部件和称重部件；称重部件用以承接柔性压力传感器，称重部件包括称重传感器以能采集压力信号；第二移动机构连接在第一移动机构和压头部件之间，第一移动机构能带动压头部件靠近以下压位于称重部件上的柔性压力传感器，第二移动机构可调节地带动压头部件相对称重部件二自由度平行移动；其中，压头部件包括阵列排布的多个独立的支撑柱，支撑柱可单独调节地朝向称重部件伸出以下压位于称重部件上的柔性压力传感器。应用本技术方案可提供一种可适用于不同尺寸的柔性传感器及柔性传感器阵列的通用型快速标定测试装置，实现变传感器尺寸、变传感器个数以及可原位标定的测试功能。

Description

一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置
技术领域
本发明涉及柔性传感器标定技术领域，尤其涉及一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置。
背景技术
柔性压力传感器已在医疗检测、机器人技术、可穿戴电子等领域被广泛应用。根据传感器的信号输出类型，可以将柔性压力传感器分为压阻型、电容型和压电型。柔性压力传感器标定和测试，是指将压力传感器工作状态下输出信号以及加载压力大小同时采集，处理信号获得传感器灵敏度、量程、线性度等性能指标。目前，常用的压力传感器标定装置一般采用万能拉伸试验机，将获取压力信号的拉压传感器与试验机运动机构固定连接实现上下运动，同时需要加工特定夹具和压力加载模块安装至拉压传感器。
万能拉伸试验机体积较为庞大，导致移动性较差。除此之外，由于特定夹具和压力加载模块仅适合标定特定尺寸和单个传感器，无法满足其他尺寸以及多个传感器组成传感器整列的标定测试需求，标定效率低且不具有普适性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种可适用于不同尺寸的柔性传感器及柔性传感器阵列的通用型快速标定测试装置，实现变传感器尺寸、变传感器个数以及可原位标定的测试功能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，包括：第一移动机构、第二移动机构、压头部件和称重部件；称重部件用以承接柔性压力传感器，称重部件包括称重传感器以能采集压力信号；第二移动机构连接在第一移动机构和压头部件之间，第一移动机构能带动压头部件靠近以下压位于称重部件上的柔性压力传感器，第二移动机构可调节地带动压头部件相对称重部件二自由度平行移动；其中，压头部件包括阵列排布的多个独立的支撑柱，支撑柱可单独调节地朝向称重部件伸出以下压位于称重部件上的柔性压力传感器。
在一更佳的实施例中，还包括底座和支撑座；所述支撑座连接所述底座，所述称重部件布置在所述底座上；所述第一移动机构连接支撑座和底座以带动所述压头部件沿着竖直方向运动以靠近所述称重部件。
在一更佳的实施例中，所述压头部件可编程地控制各个支撑柱单独运动以实现支撑柱的自定义排列。
在一更佳的实施例中，所述第二移动机构包括压头固定件、第一连接件和第二连接件；所述压头固定件包括孔部，所述第一连接件包括第一轴部和第一孔部，所述第二连接件包括第二轴部；所述压头固定件固定连接所述第一移动机构；所述第一连接件分别转动连接所述压头固定件和第二连接件；其中，所述第一连接件和第二连接件转动的轴线均垂直于所述称重部件。
在一更佳的实施例中，所述压头固定件的孔部的上端设有第一限位块；所述第一连接件的第一轴部的上端设有第一间隔限位面；压头固定件的孔部的第一限位块与第一连接件的第一轴部的第一间隔限位面相互配合，所述第一连接件相对压头固定件转动以带动第一间隔限位面抵接在第一限位块上，实现第一连接件的旋转角度范围控制。
在一更佳的实施例中，所述第一连接件的第一孔部的下端设有第二限位块；所述第二连接件的第二轴部的下端设有第二间隔限位面；第一连接件的第一孔部的第二限位块与第二连接件的第二轴部的第二间隔限位面相互配合，所述第二连接件相对第一连接件转动以带动第二间隔限位面抵接在第二限位块上，实现第二连接件的旋转角度范围控制。
在一更佳的实施例中，称重传感器结构为平行梁、轮辐式、S型中的一种；称重传感器输出压力信号，称重传感器与外部电脑的连接方式为有线串口通讯。
在一更佳的实施例中，柔性压力传感器为柔性压阻式压力传感器单元、柔性压阻式压力传感器阵列、柔性压容式压力传感器单元、柔性压容式压力传感器阵列、柔性压电式压力传感器单元、柔性压电式压力传感器阵列中的一种。
在一更佳的实施例中，柔性压力传感器的输出信号为电阻值、电容值、电流值中的一种；柔性压力传感器的输出信号与外部电脑的连接方式为有线或无线连接，其中，无线连接为WIFI连接、蓝牙连接中的一种，通过虚拟串口和外部电脑进行通讯，有线连接为串口通讯。
在一更佳的实施例中，所述压头部件能沿着垂直于称重部件的方向移动并下压在柔性压力传感器中的一个或多个单元以使所述称重传感器和柔性压力传感器分别输出相应的电信号。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，包括：第一移动机构、第二移动机构、压头部件和称重部件；所述称重部件用以承接所述柔性压力传感器，所述称重部件包括称重传感器以能采集压力信号；所述第二移动机构连接在所述第一移动机构和压头部件之间，所述第一移动机构能带动所述压头部件靠近以下压位于称重部件上的柔性压力传感器，所述第二移动机构可调节地带动压头部件相对称重部件二自由度平行移动；其中，所述压头部件包括阵列排布的多个独立支撑柱，所述支撑柱可单独调节地朝向称重部件伸出以能下压位于称重部件上的柔性压力传感器。所述压头部件可以依据实际需求调整需要伸出的支撑柱，使其对应柔性压力传感器的一个或多个单元；所述压头部件的通用性广，另外，结合第一移动机构使得压头部件可以靠近并带动支撑柱下压在柔性压力传感器上；结合第二移动机构使得压头部件可以相对称重部件平行移动，第二移动机构可以使得压头部件具有相对称重部件的两个自由度，调节更方便。
附图说明
图1为本发明优选实施例中标定测试装置的立体示意图；
图2为本发明优选实施例中第二移动机构和压头部件连接的立体示意图；
图3为本发明优选实施例中第二移动机构和压头部件连接的立体分解示意图；
图4-图5为本发明优选实施例中支撑柱的多个阵列伸出的形式。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
参阅图1-图5，一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，包括：第一移动机构1、第二移动机构2、压头部件3和称重部件4；所述称重部件4用以承接所述柔性压力传感器，所述称重部件4包括称重传感器41以能采集压力信号；所述第二移动机构2连接在所述第一移动机构1和压头部件3之间，所述第一移动机构1能带动所述压头部件3靠近以下压位于称重部件4上的柔性压力传感器，所述第二移动机构2可调节地带动压头部件3相对称重部件4二自由度平行移动；其中，所述压头部件3包括阵列排布的多个独立的支撑柱31，所述支撑柱31可单独调节地朝向称重部件4伸出以能下压位于称重部件4上的柔性压力传感器。
所述压头部件3可以依据实际需求调整需要伸出的支撑柱31，使其对应柔性压力传感器的一个或多个单元；所述压头部件3的通用性广，另外，结合第一移动机构1使得压头部件3可以靠近并带动支撑柱31下压在柔性压力传感器上；结合第二移动机构2使得压头部件3可以相对称重部件4平行移动，第二移动机构2可以使得压头部件3具有相对称重部件4的两个自由度，调节更方便。
在本实施例中，所述压头部件可编程地控制各个支撑柱单独运动以实现支撑柱的自定义阵列排列。在本实施例中，各个支撑柱通过单独的电机或者气缸控制，各个电机或者气缸连接至一人机交互装置(例如、手机、电脑或平板等)，通过人为编程控制各个支撑柱的伸出长度以实现支撑柱的自定义排列。
所述标定测试装置还包括底座5和支撑座6；所述支撑座6连接所述底座5，所述称重部件4布置在所述底座5上；所述第一移动机构1连接支撑座6和底座5，第一移动机构1带动所述压头部件3沿着竖直方向靠近所述称重部件4。所述第一移动机构1包括丝杆模组12，所述第二移动机构2包括压头固定件20；所述丝杆模组12连动所述压头固定件20；所述第二移动机构2连接所述压头固定件20和压头部件3之间。
具体的，所述压头固定件20与丝杆模组12固定连接，所述丝杆模组12可参照现有技术，只要能带动压头固定件20运动即可。
所述压头固定件20包括孔部111，所述第一连接件21包括第一轴部211和第一孔部212，所述第二连接件22包括第二轴部32；所述压头固定件20固定连接所述第一移动机构1；所述第一连接件21分别转动连接所述压头固定件20和第二连接件22；其中，所述第一连接件21和第二连接件22转动的轴线均垂直于所述称重部件4。所述压头固定件20的孔部111的上端设有第一限位块24；所述第一连接件21的第一轴部211的上端设有第一间隔限位面23；压头固定件20的孔部111的第一限位块24与第一连接件21的第一轴部211的第一间隔限位面23相互配合，所述第一连接件21相对压头固定件20转动以带动第一间隔限位面23抵接在第一限位块24上，实现第一连接件21的旋转角度范围控制。
所述第一连接件21的第一孔部212的下端设有第二限位块25；所述第二连接件22的第二轴部32的下端设有第二间隔限位面26；第一连接件21的第一孔部212的第二限位块25与第二连接件22的第二轴部32的第二间隔限位面26相互配合，所述第二连接件22相对第一连接件21转动以带动第二间隔限位面26抵接在第二限位块25上，实现第二连接件22的旋转角度范围控制。具体的，所述第一连接件21相对压头固定件20的旋转角度为(-90°～90°)，所述第二连接件22相对第一连接的旋转角度为(-70°～70°)。
在本实施例中，所述压头部件3包括主体33和所述支撑柱31，所述支撑柱31可独立上下运动，所述支撑柱31可调节地实现2*2阵列加载、2*3阵列加载、倾斜面加载状态，如图4、图5所示。2*2阵列加载状态可适用于2×2阵列传感器；2*3阵列加载状态可适用于2×3阵列传感器；倾斜面加载状态可适用于柔性压力传感器安装在倾斜面上时的原位标定。当然，自定义状态不限于上述方法，只要能够通过支撑柱31运动实现的加载状态，都适用于本发明。
称重传感器41结构为平行梁、轮辐式、S型中的一种；称重传感器41输出压力信号，称重传感器41与外部电脑的连接方式为有线串口通讯。所述称重部件4包括上盖板42、下盖板43和位于上盖板42和下盖板43之间的所述称重传感器41，所述上盖板42用于承接所述柔性压力传感器。
柔性压力传感器为柔性压阻式压力传感器单元、柔性压阻式压力传感器阵列、柔性压容式压力传感器单元、柔性压容式压力传感器阵列、柔性压电式压力传感器单元、柔性压电式压力传感器阵列中的一种。柔性压力传感器的输出信号为电阻值、电容值、电流值中的一种；柔性压力传感器的输出信号与外部电脑的连接方式为有线或无线连接，其中，无线连接为WIFI连接、蓝牙连接中的一种，通过虚拟串口和外部电脑进行通讯，有线连接为串口通讯。有线连接为先将传感器与MCU(微控制单元)连接，再将MCU与外部电脑通过串口通讯。MCU可以是Arduino、51单片机或者STM32。当然，MCU不限于上述方法，只要能实现相同功能的微控制单元均可适用于本发明。
在本实施例中，所述压头部件3能沿着垂直于称重部件4的方向移动并下压在柔性压力传感器中的一个或多个单元以使所述称重传感器41和柔性压力传感器分别输出相应的电信号。
所述压头部件3可以受第一移动机构1控制而实现两种运动模式：单向模式、双向模式。单向模式可下压最小距离为0.01mm，速度为0.05mm/s；单次模式下，可以实现柔性压力传感器灵敏度、量程和线性度的标定测试。双向模式可进行循环往复加载以及卸载测试，可以实现柔性压力传感器循环稳定性、迟滞性标定测试。当然，运动模式不限于上述方法，是要能够实现柔性压力传感器标定测试，都适用于本发明。
另外，所述标定测试装置还可用于串扰测试加载状态。压头部件3首先下压加载待测柔性压力传感器，直至稳定状态，随后运动加载区域附近的支撑柱31，使其下压加载至传感器表面，实现传感器阵列的串扰标定测试。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于，包括：第一移动机构、第二移动机构、压头部件和称重部件；称重部件用以承接柔性压力传感器，称重部件包括称重传感器以能采集压力信号；第二移动机构连接在第一移动机构和压头部件之间，第一移动机构能带动压头部件靠近以下压位于称重部件上的柔性压力传感器，第二移动机构可调节地带动压头部件相对称重部件二自由度平行移动；其中，压头部件包括阵列排布的多个独立的支撑柱，支撑柱可单独调节地朝向称重部件伸出以下压位于称重部件上的柔性压力传感器。
2.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：还包括底座和支撑座；所述支撑座连接所述底座，所述称重部件布置在所述底座上；所述第一移动机构连接支撑座和底座以带动所述压头部件沿着竖直方向运动以靠近所述称重部件。
3.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：所述压头部件可编程地控制各个支撑柱单独运动以实现支撑柱的自定义排列。
4.如权利要求1或2或3所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：所述第二移动机构包括压头固定件、第一连接件和第二连接件；所述压头固定件包括孔部，所述第一连接件包括第一轴部和第一孔部，所述第二连接件包括第二轴部；所述压头固定件固定连接所述第一移动机构；所述第一连接件分别转动连接所述压头固定件和第二连接件；其中，所述第一连接件和第二连接件转动的轴线均垂直于所述称重部件。
5.如权利要求4所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：所述压头固定件的孔部的上端设有第一限位块；所述第一连接件的第一轴部的上端设有第一间隔限位面；压头固定件的孔部的第一限位块与第一连接件的第一轴部的第一间隔限位面相互配合，所述第一连接件相对压头固定件转动以带动第一间隔限位面抵接在第一限位块上，实现第一连接件的旋转角度范围控制。
6.如权利要求4所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：所述第一连接件的第一孔部的下端设有第二限位块；所述第二连接件的第二轴部的下端设有第二间隔限位面；第一连接件的第一孔部的第二限位块与第二连接件的第二轴部的第二间隔限位面相互配合，所述第二连接件相对第一连接件转动以带动第二间隔限位面抵接在第二限位块上，实现第二连接件的旋转角度范围控制。
7.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：称重传感器结构为平行梁、轮辐式、S型中的一种；称重传感器输出压力信号，称重传感器与外部电脑的连接方式为有线串口通讯。
8.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：柔性压力传感器为柔性压阻式压力传感器单元、柔性压阻式压力传感器阵列、柔性压容式压力传感器单元、柔性压容式压力传感器阵列、柔性压电式压力传感器单元、柔性压电式压力传感器阵列中的一种。
9.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：柔性压力传感器的输出信号为电阻值、电容值、电流值中的一种；柔性压力传感器的输出信号与外部电脑的连接方式为有线或无线连接，其中，无线连接为WIFI连接、蓝牙连接中的一种，通过虚拟串口和外部电脑进行通讯，有线连接为串口通讯。
10.如权利要求1所述的一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置，其特征在于：所述压头部件能沿着垂直于称重部件的方向移动并下压在柔性压力传感器中的一个或多个单元以使所述称重传感器和柔性压力传感器分别输出相应的电信号。
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