一种柔性压力传感系统技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性压力传感系统，其特征在于该系统包括柔性压力传感器、信号采集装置和上位机；所述上位机通过信号采集装置与柔性压力传感器的输出端连接，信号采集装置用来采集柔性压力传感器的信号，上位机对采集来的数据进行处理，并将作用于柔性压力传感器上的压力分布状态呈现在上位机的显示屏中，得到压力分布图像；所述柔性压力传感器由上至下依次包括上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层，且上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层均包裹在屏蔽层内，所述屏蔽层采用防辐射布，屏蔽层接地；上电极层和下电极层上分别设有M条和N条带状平行电极，且上电极层和下电极层上的平行电极在空间上垂直相交。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性压力传感系统
本专利技术涉及压力检测
，特别涉及一种柔性压力传感系统，可用于医疗康复过程中压力分布状态的检测。
技术介绍
随着，微电子技术和新材料研制的不断发展，物体间接触的压力大小的测量与分析在许多行业的研究和发展中起着极其重要的作用，其可直接应用于机器人的电子皮肤、智能仿生、生物医疗检测、智能机器人等领域。传统的电阻式压力传感器具有僵硬、不能伸缩等缺点，不适合应用于柔性场合的测量；而近年来发展迅速的电容式压力传感器虽然在一定程度上解决了柔性问题但其测量范围内获得不了较高的分辨率，不能十分清晰准确的反映被测量物体的状况；如专利CN105997088A中公开一种基于柔性力敏传感器的睡眠呼吸检测装置，该装置包括柔性力敏阵列床垫，该床垫虽然可以稳定的测量出压力分布图像，但是由于其上、下电极层电极的间距过大，电容单元的阵列密度低，其测量的分辨率不够高，当减少电极宽度和相邻间距，则会使得电容单元的变小，则传感器单元容易受到各种电气噪音的干扰如由电线、电路板和传感器本身带来的干扰，而导致无法获得高分辨率的传感器。因此提供一种具有柔性化、高分辨率、高稳定性的柔性压力传感系统，成为现有技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种柔性压力传感系统。该系统采用阵列电容的原理，在保证柔性的同时可实现电容单元的高密度阵列，进而获得更高的分辨率。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种柔性压力传感系统，其特征在于该系统包括柔性压力传感器、信号采集装置和上位机；所述上位机通过信号采集装置与柔性压力传感器的输出端连接，信号采集装置用来采集柔性压力传感器的信号，上位机对采集来的数据进行处理，将作用于柔性压力传感器上的压力分布状态呈现在上位机的显示屏中，得到压力分布图像；所述柔性压力传感器由上至下依次包括上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层，且上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层均包裹在屏蔽层内，所述屏蔽层采用防辐射布，屏蔽层接地；上电极层和下电极层上分别设有M条和N条带状平行电极，且上电极层和下电极层上的平行电极在空间上垂直相交；这样每个上电极层和下电极层的平行电极交叉的部分则构成了一个电容单元，即该柔性压力传感器是由M×N个电容单元阵列而成，每一个电容单元都是一个小的传感器单元；上电极层和下电极层上的电极材料为导电布；介电层为高分子聚酯类泡沫；所述信号采集装置包括交流信号源、开关扫描装置和数据采集模块，交流信号源为正弦信号源；所述开关扫描装置为一个多路开关，交流信号源与开关扫描装置的输入端连接，开关扫描装置的M路输出端与上电极层的M条电极相连；数据采集模块包括数据采集卡和N路采样电阻，每路采样电阻分别连接柔性压力传感器的下电极层上的N条平行电极，N路采样电阻同时连接数据采集卡连接，使用数据采集卡采集每路采样电阻的电压；同时数据采集卡与交流信号源连接，为交流信号源提供信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)测得的压力分布图分辨率高。该柔性压力传感器使用了较小宽度的电极，使得每一个传感器单元更小，提高传感器单元的分布密度，在相同面积下，其阵列的电容单元为之前同类的3倍，从而获得了更高的分辨率。2)灵敏度更高。本专利技术使用柔性导电布作为电极材料时，电极电阻较小，这使得每一个电容单元更加灵敏，能够测得较小的压力，测量精度提到；另一方面本专利技术采用的平行电极宽度变小，则每一个电容的相对面积变小，初始电容变小，使得该柔性压力传感器更加灵敏。3)柔性更好。与现有技术中印刷到柔性材料的导电电路相比，本专利技术柔性压力传感器电极采用的一种类似棉布的导电材料(简称导电布)，与被检测者接触时，更加柔软，舒服，更易被检测者接受。附图说明图1是本专利技术柔性压力传感系统的一种实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术中所述柔性压力传感器的结构示意图；图3为本专利技术中所述柔性压力传感器的剖视结构示意图；图4为本专利技术柔性压力传感系统的信号采集的原理示意图；图5为本专利技术柔性压力传感系统的一种实施例信号采集装置的结构框图；图中，1、被检测者，2、床垫，3、柔性压力传感器，4、信号采集装置，5、上位机；31、上缓冲层，32、上电极层，33、介电层，34、下电极层，35、下缓冲层，36、屏蔽层；41、交流信号源，42、开关扫描装置，43、数据采集模块。具体实施方式为了使本专利技术实现上述的功能，以下实施例将结合附图对本专利技术提供的一种柔性压力传感系统做出具体阐述。本专利技术柔性压力传感系统(简称系统，参见图1-5)包括柔性压力传感器3、信号采集装置4和上位机5；所述上位机5通过信号采集装置4与柔性压力传感器3的输出端连接，信号采集装置用来采集柔性压力传感器3的信号，上位机对采集来的数据进行处理，并将作用于柔性压力传感器3上的压力分布状态呈现在上位机的显示屏中，得到压力分布图像；所述柔性压力传感器3由上至下依次包括上缓冲层31、上电极层32、介电层33、下电极层34和下缓冲层35，且上缓冲层31、上电极层32、介电层33、下电极层34和下缓冲层35均包裹在屏蔽层36内，所述屏蔽层36采用柔软的防辐射布，屏蔽层36接地；上电极层32和下电极层34上分别设有M条和N条带状平行电极，且上电极层32和下电极层34上的平行电极在空间上垂直相交；这样每个上电极层32和下电极层34的平行电极交叉的部分则构成了一个电容单元，即该柔性压力传感器是由M×N个电容单元阵列而成，每一个电容单元都是一个小的传感器单元；上电极层和下电极层上的电极材料为一种柔性导电布，具有良好的导电性和柔性，与之前印刷在电极层上的导电橡胶相比较，该柔性导电布不仅柔性更好，人接触的时候感觉更舒适，而且其材料本身电阻小，每条带状平行电极的电阻仅2～3欧，使得每个传感器单元更灵敏，精度更高；介电层33为高分子聚酯类泡沫，类似海绵之类的物质，一方面这种材质柔软，使得柔性压力传感器3有很好的柔性，当被检测者躺在铺有柔性压力传感器3的护理床上时，可以感觉到舒适；另一方面，该材料有合适的弹性模量，保证在其感受到一定压力后，被压缩；同时，当压力消失后，可以很好恢复到初始状态。所述信号采集装置包括交流信号源41、开关扫描装置42和数据采集模块43，交流信号源41为一个振幅5V频率1000Hz的正弦信号源；所述开关扫描装置42为一个多路开关，型号为NIPXI/PXIe-2527，交流信号源41与开关扫描装置42的输入端连接，开关扫描装置42的M路输出端与上电极层的M条电极相连，配置开关扫描装置，使开关扫描装置的内部开关从1路到M路不断切换，从而使得柔性压力传感器的上电极层的平行电极从第1条到第M条周期性的接收到信号源，从而形成周期性扫描；数据采集模块43包括数据采集卡和N路采样电阻，每路采样电阻分别连接柔性压力传感器3的下电极层34上的N条平行电极；数据采集卡采集采样电阻的电压，由数据采集卡上的N个模拟输入串口实现；即将柔性压力传感器3的下电极层35上的N条带状电极分别外接采样电阻，N路采样电阻同时连接数据采集卡连接，使用数据采集卡采集每路采样电阻的电压；同时数据采集卡与交流信号源41连接，为交流信号源提供信号。随着开关扫描装置42的周期性扫描，数据采集卡会不断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性压力传感系统，其特征在于该系统包括柔性压力传感器、信号采集装置和上位机；所述上位机通过信号采集装置与柔性压力传感器的输出端连接，信号采集装置用来采集柔性压力传感器的信号，上位机对采集来的数据进行处理，将作用于柔性压力传感器上的压力分布状态呈现在上位机的显示屏中，得到压力分布图像；所述柔性压力传感器由上至下依次包括上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层，且上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层均包裹在屏蔽层内，所述屏蔽层采用防辐射布，屏蔽层接地；上电极层和下电极层上分别设有M条和N条带状平行电极，且上电极层和下电极层上的平行电极在空间上垂直相交；这样每个上电极层和下电极层的平行电极交叉的部分则构成了一个电容单元，即该柔性压力传感器是由M×N个电容单元阵列而成，每一个电容单元都是一个传感器单元；上电极层和下电极层上的电极材料为导电布；介电层为高分子聚酯类泡沫；所述信号采集装置包括交流信号源、开关扫描装置和数据采集模块，交流信号源为正弦信号源；所述开关扫描装置为一个多路开关，交流信号源与开关扫描装置的输入端连接，开关扫描装置的M路输出端与上电极层的M条电极相连；数据采集模块包括数据采集卡和N路采样电阻，每路采样电阻分别连接柔性压力传感器的下电极层上的N条平行电极，N路采样电阻同时连接数据采集卡连接，使用数据采集卡采集每路采样电阻的电压；同时数据采集卡与交流信号源连接，为交流信号源提供信号。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性压力传感系统，其特征在于该系统包括柔性压力传感器、信号采集装置和上位机；所述上位机通过信号采集装置与柔性压力传感器的输出端连接，信号采集装置用来采集柔性压力传感器的信号，上位机对采集来的数据进行处理，将作用于柔性压力传感器上的压力分布状态呈现在上位机的显示屏中，得到压力分布图像；所述柔性压力传感器由上至下依次包括上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层，且上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层和下缓冲层均包裹在屏蔽层内，所述屏蔽层采用防辐射布，屏蔽层接地；上电极层和下电极层上分别设有M条和N条带状平行电极，且上电极层和下电极层上的平行电极在空间上垂直相交；这样每个上电极层和下电极层的平行电极交叉的部分则构成了一个电容单元，即该柔性压力传感器是由M×N个电容单元阵列而成，每一个电容单元都是一个传感器单元；上电极层和下电极层上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘今越，刘秀丽，任志斌，刘娜，杨宏伟，肖杰，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12