【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压力传感器，具体涉及一种深海柔性电感式压力传感器及其自动标定方法。
技术介绍
1、随着深海探索和海洋工程的不断发展，深海柔性抓手是现代海洋工程中的一种关键技术，它们能够在极端环境下执行复杂的操作任务，如采集样品、操作设备和进行维修。相比于传统的刚性抓手，柔性抓手具有更高的适应性和灵活性，能够更好地应对深海环境中的不确定性和复杂性。这对传感器的性能和稳定性提出了严峻的考验，可靠的压力传感器至关重要。
2、公知的，传统的压力传感器在深海环境下容易失效，究其原因主要有以下几点：
3、1)高静水压对量程和灵敏度的挑战：深海环境中的静水压非常高，传统的压力传感器需要具备极高的量程才能准确测量这种压力。然而，高量程通常会导致传感器的灵敏度显著下降，使得在深海环境中压力感知变得更加困难。这意味着在高静水压环境下，传感器的压力感知能力会显著减弱，影响测量的准确性和可靠性。
4、2)环境条件导致的偏置和灵敏度的变化：在不同的压力条件下，传感器的偏置和灵敏度会发生变化。这种变化会导致传感器在不同压力环境下的测量结果不一致，增加了测量的不确定性。深海环境复杂多变，温度、盐度等因素都会影响传感器的性能，导致其输出信号的非线性变化。因此，传统的压力传感器在深海环境下的性能往往不够稳定。
5、3)实际应用中的校准需求：为了保证测量的准确性，传感器在实际应用中需要根据具体的环境条件进行校准。而传统的压力传感器的校准过程复杂且耗时，增加了使用的难度。
6、此外，传统的压力传感器的材料选择
7、综上所述，传统压力传感器在深海环境中的应用面临诸多挑战。
技术实现思路
1、为了解决压力传感器在深海环境中面临的多种挑战，本专利技术提出一种深海柔性电感式压力传感器及其自动标定方法，该传感器能够在高静水压和动态抓握压力的环境下，提供高灵敏度和高可靠性的压力测量，而该自动标定方法可以实现传感器的校准，确保传感器在不同压力条件下都能保持准确和稳定的测量性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术具体采用的技术方案如下：
3、一种深海柔性电感式压力传感器，包括：柔性印刷电路板(fpc)；绘制在所述柔性印刷电路板(fpc)上的线圈电感；均匀涂覆在所述柔性印刷电路板(fpc)上，位于所述线圈电感上方的超软硅胶层；覆盖在所述超软硅胶层上的铜箔层；以及覆盖在所述铜箔层上的密封薄膜；其中，超软硅胶层可以确保传感器具有良好的柔韧性和形变特性；铜箔在压力作用下会产生形变，与柔性印刷电路板(fpc)上的电感线圈的相对位移会发生变化，因涡流效应的存在会使线圈电感发生变化，通过检测线圈电感的变化可以实现对压力的检测。而密封薄膜的设置则是为了保护内部结构免受海水腐蚀，并保持传感器的整体密封性。
4、本专利技术还提供了上述一种深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，包括以下步骤：
5、s1、在实验室环境中对压力传感器数据进行标定，得出不同压力下对应的灵敏度和偏置，并存储在非易失性存储器中；
6、s2、在机器人下潜完毕后，通过水压计得出水压读数，比对非易失性存储器中存储的数据，得到当前压力对应的灵敏度和偏置；
7、s3、在软体机器人抓握物体时，根据对应的灵敏度和偏置得到压力数据。
8、进一步地，所述步骤s1包括如下步骤：
9、s11、准备压力罐和额外压力产生装置，模拟深海的高静水压环境；所述额外压力产生装置包括多个电磁线圈和多组砝码，通过电磁效应将砝码吸住，随后断电将不同重量的砝码依次放下到传感器上，实现对传感器额外压力的施加；
10、s12、在不同静压条件下，施加额外压力并读取传感器数据；具体地，通过增加压力罐内的静压力模拟不同深度的海水压力，同时通过控制电磁线圈放下不同重量的砝码，逐步增加额外压力py，读取读取水压计读数ox和传感器数据vz；即在每个静压力ox的条件下，读取不同的额外压力py对应的传感器的电感值vz变化数据。
11、s13、对采集的数据进行线性拟合，求得灵敏度和偏置，并存储在非易失性存储器中。具体地，首先将采集到的数据对整理成表格，然后在坐标系中绘制额外压力py和传感器输出信号vz的数据点，使用线性拟合，求得灵敏度k和偏置b，得到拟合方程vz＝kpy+b。
12、进一步地，所述步骤s13中，使用最小二乘法进行线性拟合，包括如下步骤：1)通过公式：和计算额外压力平均值和传感器数据平均值其中，pi为压力记录数据，vi为传感器数据记录数据；2)通过公式：计算斜率k，即传感器的灵敏度；3)根据公式：计算偏置b，得到拟合方程vz＝kpy+b。
13、进一步地，所述步骤s3包括如下步骤：在深海环境中，非抓握条件下实时读取水压计读数，比对标定完毕存储在非易失性存储器中的静压力，得到对应的灵敏度和偏置；在抓握完毕后，读取柔性压力传感器的输出信号，根据灵敏度和偏置计算得到抓握物体的压力数据。
14、进一步地，所述步骤s3还包括将计算得到的数据存储到数据记录芯片中的步骤，其中，计算得到的数据包括环境水压、传感器输出信号、计算得到的抓握压力等。
15、本专利技术采用柔性设计和自动校准方法，使得传感器在深海环境下具有优异的适应性和可靠性，且显著简化了校准操作，具有以下的特点和有益效果：
16、1)提高校准精度：通过实时读取和分析水压和传感器数据，能够精确计算传感器的灵敏度，确保在深海环境中测量的准确性。
17、2)增强适应性和可靠性：采用柔性印刷电路板(fpc)和电感式压力传感技术，使得传感器具有高量程和高灵敏度，即使在深海高压、高盐度和低温环境下仍能保持准确的压力测量，表现出优异的适应性和长期可靠性。
18、3)简化操作：自动校准方法减少了人工干预，简化了校准操作，使得传感器应用更加便捷。
19、4)实时监测和控制：通过实时数据记录和分析，能够即时反映传感器的工作状态和环境变化，便于对软体机器人的操作进行实时监控和调整。
20、5)多用途应用：本专利技术的方法不仅适用于深海压力传感器的标定和使用，还可以推广应用于其他高压环境下的压力检测领域。
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1.一种深海柔性电感式压力传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述额外压力产生装置包括多个电磁线圈和多组砝码，通过电磁效应将砝码吸住，随后断电将不同重量的砝码依次放下到传感器上，实现对传感器额外压力的施加。
5.如权利要求3所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述步骤S13中，首先将采集到的数据对整理成表格，然后在坐标系中绘制额外压力Py和传感器输出信号Vz的数据点，使用线性拟合，求得灵敏度k和偏置b，得到拟合方程Vz＝kPy+b，其中，Vz表示传感器输出信号，Py为额外压力。
6.如权利要求5所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，使用最小二乘法进行线性拟合，包括如下步骤：1)通过公式：和计算额外压力平均值和传感器数据平均值其
7.如权利要求2所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：在深海环境中，非抓握条件下实时读取水压计读数，比对标定完毕存储在非易失性存储器中的静压力，得到对应的灵敏度和偏置；在抓握完毕后，读取柔性压力传感器的输出信号，根据灵敏度和偏置计算得到抓握物体的压力数据。
8.如权利要求7所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，还包括将计算得到的数据存储到数据记录芯片中的步骤，其中，计算得到的数据包括环境水压、传感器输出信号、计算得到的抓握压力。
...【技术特征摘要】
1.一种深海柔性电感式压力传感器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述步骤s1包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述额外压力产生装置包括多个电磁线圈和多组砝码，通过电磁效应将砝码吸住，随后断电将不同重量的砝码依次放下到传感器上，实现对传感器额外压力的施加。
5.如权利要求3所述的深海柔性电感式压力传感器的自动标定方法，其特征在于，所述步骤s13中，首先将采集到的数据对整理成表格，然后在坐标系中绘制额外压力py和传感器输出信号vz的数据点，使用线性拟合，求得灵敏度k和偏置b，得到拟合方程vz＝kpy+b，其中，vz表示传感器输出信号，py为额外压力。
6.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴琨，李海，周铁军，王晨希，李凯，沈浩博，沈洋叠，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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