[发明专利]基于压阻压电柔性传感器复合的压力检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及压力检测领域，更具体地说，是涉及一种基于压阻压电柔性传感器复合的压力检测装置及方法。

背景技术

压力采集系统在机器人触觉、测力鞋垫、测力坐垫等方面有着广阔的应用潜力，柔性传感材料的发展更加速了压力采集技术在可穿戴领域的发展。目前的压力传感检测系统，按照传感器种类来分类，可以分为电容式、压阻式和压电式。压阻传感器具有形变范围大、工艺简单、成本低廉等优势，因此目前比较成熟的柔性压力采集与分析系统大部分采用压阻传感器。

然而目前压阻压力采集设备普遍存在着以下问题：

(1)功耗大：压阻压力采集设备需要单片机不断对压阻传感器的电阻值进行激励测量，并进行A/D转换和数据传输，功耗大，导致目前的压阻压力采集设备存在着电源模块体积庞大或者续航能力差的问题；

(2)耐用性差：压阻传感的原理是在橡胶或塑料有机材料中添加包括炭黑、银粉、碳纳米管等导电填料，使其具备力敏特性，然而此类有机材料抗蠕变性能较差，传感器长时间使用后会发生零点漂移，导致采集设备整体耐用性差；

(3)动态性能差：压阻力敏传感器普遍存在迟滞性问题，材料变形恢复较慢，因此对高频压力的响应存在较大误差。

压阻压力采集设备功耗大、耐用性差、动态性能差等问题，使其在向可穿戴设备发展方向上受到了阻碍。

压电传感器具有动态响应好，灵敏度高的优点，却也具有对低频压力响应差、空间分辨率低的问题，利用压电传感器正好可以弥补压阻传感器的不足。近年来，柔性压电材料的发展，例如PVDF薄膜，更为构造一种压阻压电复合柔性传感器，获得低功耗、动态性能好、耐用性好的可穿戴压力检测系统提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种基于压阻压电柔性传感器复合的压力检测装置及方法，解决了目前的压阻压力采集设备功耗大、动态性能不佳、耐用性不好的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于压阻压电柔性传感器复合的压力检测装置，包括压力传感模块、信号采集与处理模块、唤醒模块、零点校正模块、无线数据通信模块、压力计算模块、高频信号校正模块以及电源模块；

所述压力传感模块包括压阻传感器组和压电传感器组，压阻传感器组用于采集压阻传感信号，压电传感器组用于采集压电传感信号；

所述唤醒模块用于激活信号采集与处理模块，使之工作；

所述信号采集与处理模块用于将压电传感器组和压阻传感器组输入的模拟信号转化为数字信号；

所述无线数据通信模块用于将信号采集与处理模块处理过后的数字信号发送至压力计算模块；

所述压力计算模块用于对接收到的压电传感信号和压阻传感信号进行分析计算并判断是否需要启用高频信号校正模块；

所述高频信号校正模块用于启用压电传感信号来动态校正压阻传感信号；

所述零点校正模块用于通过压电传感信号和压阻传感信号联合判断设备是否处于闲置状态，并且在闲置状态下对压阻传感器组进行零点校正；

所述压阻传感器组与信号采集与处理模块连接，压电传感器组通过唤醒模块与信号采集与处理模块连接；信号采集与处理模块还与所述零点校正模块和无线数据通信模块连接；所述无线数据通信模块连接压力计算模块，所述压力计算模块与高频信号校正模块连接；

所述电源模块分别与信号采集与处理模块、唤醒模块、零点校正模块、无线数据通信模块连接，用以对装置进行供电。

作为优先选的，还包括一显示模块，所述显示模块与压力计算模块连接。

作为优先选的，所述压阻传感器组中压阻传感器数量为2～100个，按照应用场合需要布置于传感区域。

作为优先选的，所述压阻传感器组为压阻传感阵列。

作为优先选的，所述压电传感器组包括1个压电传感器。

作为优先选的，所述信号采集与处理模块包括压阻传感信号采集电路、压电传感信号采集电路、A/D转换器、数据处理模块和供电电子开关。

作为优先选的，所述唤醒模块包括与处理电路和电压比较器，唤醒模块与信号采集与处理模块的单片机相连，唤醒模块通过触发单片机中断引脚，唤醒信号采集与处理模块进入激活状态。

作为优先选的，所述无线数据通信模块采用蓝牙通讯方式与压力计算模块通讯连接。

一种采用上述装置进行压力检测的方法，包括以下步骤：