[发明专利]一种柔性压力传感系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及压力检测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明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。

本发明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，本发明的有益效果是：

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。