一种测量头部压力的柔性传感装置及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测量头部压力的柔性传感装置及其制作方法，所述装置包括能够与头部曲面形状贴合的一底面硅胶层，所述底面硅胶层上表面设置有由若干压力传感器和纵横连接各压力传感器的导线组成的矩阵网络，所述矩阵网络的外面通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于输出各压力传感器信息的采集控制模块。本发明专利技术具有较好的柔性，可以紧密地贴合头部曲面，特别适用于在佩戴头盔、安全帽等防护用品时，测量头部各点所受的压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性传感装置及其制作方法，特别是关于一种在佩戴头盔、安全帽等防护头具时，能够精确测量头部压力的柔性传感装置及其制作方法。
技术介绍
头盔、安全帽都是用来防止冲击物伤害头部的防护用品。随着现代工作、生活的日益多样化，人们对生命安全也愈来愈重视，头部防护用品的使用方面也越来越广泛，大致可分为军事、工作、运动三类。佩戴头盔、安全帽等防护用品可以有效保护生命，但是由于对它们性能的特殊要求，使得它们都具有可观的重量，如世界上发达国家规定的安全帽的重量一般都在400g至500g。若要测量人在佩戴头盔、安全帽等防护用品时，头部各点所受的压力，首先要求压力传感装置能够测量曲面，且要有一定的柔性。对近似于平面的接触面，传统的压力传感器采用平铺的布局方式可以很好的完成任务，但是对于曲率变化较大的曲面结构，传统的布局方式难以获得精确、可靠的数据。CN200710094157. 5提出一种测量臀部曲面形态及其法向压力分布的装置和测量方法，其是采用液压连通器获取单点或分布不均匀的压力信息，难以形成规律的矩阵式的结构，同时也不适用于头顶分布压力的测量；技术专利200920080140. 9提出一种基于测压平板的三维曲面测量装置，它使用传统的布局方式，不具备延展性，且难以紧密贴合曲面，不易于获得头部压力的精确、可靠的数据。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种在佩戴头盔、安全帽等防护头具时，用于精确测量头部压力的柔性传感装置及其制作方法。为实现上述目标，本专利技术采取以下技术方案一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于它包括能够与头部曲面形状贴合的一底面硅胶层，所述底面硅胶层上表面设置有由若干压力传感器和纵横连接各压力传感器的导线组成的矩阵网络，所述矩阵网络的外面通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于输出各所述压力传感器信息的采集控制丰吴块。所述米集控制模块包括一选通模块、一运放模块和一 A/D转换模块；所述选通模块包括若干选通开关，每一所述选通开关都连接所述矩阵网络的一行或一列，所述运放模块包括若干运放通道，每一所述运放通道都连接所述矩阵网络的一列或一行，每一被选通的行或列上的所述压力传感器感应的电流值，均通过其所在列或行的所述运放通道放大后送入所述A/D转换模块，进行转换后输出。所述压力传感器采用片层式结构的应变电阻式传感器。一种测量头部压力的柔性传感装置的制作方法，包括以下步骤1)选定一个头模，在头模上设置一层硅胶，形成一底面硅胶层；2)待底面硅胶层干固后，用剪刀裁剪出底面硅胶层的下沿；3)在底面硅胶层上做出将头模分成左、右对称两部分的中轴面，并定义其与底面硅胶层的交线为纵向中轴线；4)垂直于中轴面做奇数个等分横切面，并定义每一横切面与底面娃胶层的交线为横向头围线，每一横向头围线的两端分别与底面娃胶层的下沿有一交点；5)平行于中轴面做若干等分纵切面，定义每一纵切面过前、后对称两交点，且与底面硅胶层的交线为纵向头围线；6)在每一所述交点，以及每一所述横向头围线与所述纵向头围线的交点上，分别粘接一压力传感器；7)将相邻的所述压力传感器通过弯曲或盘绕的曲线作为导线焊接连接，形成一由所述压力传感器和所述导线组成的矩阵网络；8)在矩阵网络的外部通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于采集各压力传感器信息的采集控制模块；9)在矩阵网络和底面硅胶层上涂覆一层硅胶形成一顶面硅胶层，待顶面硅胶层干固后，用剪刀剪出与底面硅胶层相同形状的下沿即成。所述底面硅胶层和顶面硅胶层采用蘸取工艺和手糊工艺相结合的方式制作而成。所述横切面的数量为13或15或17。所述压力传感器采用片层式结构的应变电阻式传感器。本专利技术由于采取以上技术方案，具有以下优点1、本专利技术装置由于设置了一底面硅胶层和一顶面硅胶层，因此其既为压力传感器阵列提供了均匀的承载面，又起到电气绝缘的作用，从而保证了压力传感器阵列的稳定工作。2、本专利技术装置由于在底面硅胶层和顶面硅胶层之间设置有一由压力传感器组成的矩阵网络，且相邻的压力传感器通过盘绕成曲线的导线焊接连接，因此本专利技术装置具有很好的曲面贴合性和延展性，特别适合用于对曲率变化不规则的人体头部所承受的压力进行测量。3、本专利技术装置在矩阵网络的外部设置有一包括选通模块、运放模块和A/D转换模块的采集控制模块，选通模块用于控制矩阵网络的行或列的选通，当某一行或列被选通之后，通过运放模块的各运放通道输出的该列或行中的压力传感器感应的电流值，并输出给A/D转换模块进行A/D转换，完成该行或列中各个压力传感器的压力输出，因此可以对被选通的行或列中的所有压力传感器同时进行电流测量，速度快且互不干扰。4、本专利技术装置由于在头部曲面上布置的压力传感器，为片层式结构的应变电阻式传感器，输入恒定的电压时将输出与施加压力成线性相关的电流值，因此，本专利技术具有精度高、反应速度快、测量方便的特点。5、本专利技术装置确定压力传感器布置位置的方法，实际上是采用平面矩阵在曲面上的投影来确定，该方法不但简单，而且可以有效地保证压力传感器布置均匀、有规律。6、本专利技术制作时横切面的个数为13或15或17，且纵切面的个数与横切面相同，使得各压力传感器之间的距离约为20mm，可以满足现有传感器尺寸下密集布置的要求。7、本专利技术装置的底面硅胶层和顶面硅胶层在实际生产中，可以采用硅胶模和真空注型机来制作，可实现大规模成批制作。本专利技术适用性广，既为头部曲面压力的测量提供有效、可靠的方式，又可以用于其它曲面压力的测量。附图说明图1是本专利技术的结构示意2是本专利技术采集控制模块的结构示意3是图1的压力传感器和导线的局部放大4是本专利技术佩戴效果的俯视5是本专利技术横向头围线确定方法示意6是本专利技术矩阵网络确定方法示意图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术装置包括一与头部曲面形状紧密贴合的底面硅胶层1，在底面硅胶层I上表面设置有由若干压力传感器2和纵横连接各压力传感器2的导线3组成的矩阵网络4，在矩阵网络4的外面通过导线连接一电源模块5和一采集控制模块6，在矩阵网络4和底面硅胶层I上设置有一顶面硅胶层7，顶面硅胶层7将底面硅胶层1、压力传感器2和导线3粘接成一个整体，形成一柔性传感装置。电源模块5为压力传感器2和采集控制模块6供电。如图2所示，采集控制模块6包括一选通模块61、一运放模块62和一 A/D转换模块63。选通模块61包括若干选通开关64，每一选通开关64都与矩阵网络4的一行相连(以行选通为例)；运放模块62包括若干运放通道65,每一运放通道65都与矩阵网络4的一列相连。如图3、图4所示，矩阵网络4中连接各相邻压力传感器2之间的导线3均采用弯曲或盘绕的曲线方式进行连接，这样在佩戴测量的时候，可以使整个矩阵网络4具有很好的延展性能，再加之底面硅胶层I和顶面硅胶层7自身的可抻拉性能，使本专利技术装置具有非常好的柔性。上述实施例中，选通模块261和运放模块262的连接位置是可以有所变化，比如将每一选通开关64都与矩阵网络4的一列相连，而将每一运放通道65都与矩阵网络4的一行相连。上述实施例中，压力传感器2可以采用片层式结构的应变电阻式传感器，比如压力传感器2采用Tekscan公司的微型压力传感器，其具有体积小，安装简单等特点。当输入恒定的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于：它包括能够与头部曲面形状贴合的一底面硅胶层，所述底面硅胶层上表面设置有由若干压力传感器和纵横连接各压力传感器的导线组成的矩阵网络，所述矩阵网络的外面通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于输出各所述压力传感器信息的采集控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于它包括能够与头部曲面形状贴合的一底面硅胶层，所述底面硅胶层上表面设置有由若干压力传感器和纵横连接各压力传感器的导线组成的矩阵网络，所述矩阵网络的外面通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于输出各所述压力传感器信息的采集控制模块。2.如权利要求1所述的一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于所述采集控制模块包括一选通模块、一运放模块和一 Α/D转换模块；所述选通模块包括若干选通开关， 每一所述选通开关都连接所述矩阵网络的一行或一列，所述运放模块包括若干运放通道， 每一所述运放通道都连接所述矩阵网络的一列或一行，每一被选通的行或列上的所述压力传感器感应的电流值，均通过其所在列或行的所述运放通道放大后送入所述Α/D转换模块，进行转换后输出。3.如权利要求1或2所述的一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于所述压力传感器采用片层式结构的应变电阻式传感器。4.如权利要求1 3任一项所述的一种测量头部压力的柔性传感装置的制作方法，包括以下步骤O选定一个头模，在头模上设置一层娃胶，形成一底面娃胶层；2)待底面硅胶层干固后，用剪刀裁剪出底面硅胶层的下沿；3)在底面硅胶层上做出将头模分成左、右对称两部分的中轴面，并定义其与底面硅胶层的交线为纵向中轴线；4)垂直于中轴面做奇数个等分横切面，并定义每一横切面与底面硅胶层的交线为横向头围线，每一横向头围线的两端分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，蒋毅，祖媛媛，钮建伟，周宏，王英泽，王启志，
申请(专利权)人：中国人民解放军总后勤部军需装备研究所，
类型：发明
国别省市：