[发明专利]一种修正温度影响的足底压力传感器及相应的修正方法

权利要求书

1.一种修正温度影响的足底压力传感器，它包括信号采集部分和电路部分，其特征在于：

一）信号采集部分

所述信号采集部分自上而下依次设置的第一器件保护层、第一电极层、压电薄膜层、地电极层和第二器件保护层；

所述第一电极层、压电薄膜层和地电极层组成压力检测单元，第一电极层作为温度检测单元；

二）电路部分

所述电路部分包括前端电路和后端电路；

所述前端电路包括控制器，所述控制器的控制信号输出端与第一电极层的信号输入端相连；

所述后端电路采用第一后端电路或第二后端电路之一，其中，

第一后端电路

所述第一后端电路包括依次串接的第一模数转换单元、第一中央处理器、通讯设备和上位机；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均与第一模数转换单元的信号输入端相连；

第二后端电路

所述第二后端电路包括依次串接的滤波单元、第二模数转换单元、第二中央处理器、通讯设备和上位机；滤波单元包括并联的低通滤波器和带通滤波器，第二模数转换单元包括并联的第一模数转换器和第二模数转换器；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均与滤波单元的信号输入端相连,所述低通滤波器的信号输出端通过第一模数转换器、带通滤波器的信号输出端通过第二模数转换器分别连接第二中央处理器。

2.根据权利要求1所述的一种修正温度影响的足底压力传感器，其特征在于：所述第一电极层包括N（N≥1）个小电极；

所述前端电路还包括多路调制器；

所述控制器的控制信号输出端通过多路调制器与第一电极层包括的N个小电极的输入端相连；

所述第一后端电路还包括第一多路解调器；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均通过第一多路解调器与第一模数转换单元的信号输入端相连；

所述第二后端电路还包括第二多路解调器；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均通过第二多路解调器与滤波单元的信号输入端相连。

3.一种修正温度影响的足底压力的方法，其特征在于：它利用权利要求1或2所述的修正温度影响的足底压力传感器来实现，该方法为方法一或者方法二，当后端电路采用第一后端电路时该方法为方法一，当后端电路采用第二后端电路时该方法为方法二，其中，

I、方法一

方法一包括依次进行的以下步骤：

一、通过控制器在第一电极层上同时施加一直流电流信号和交流电流信号；当检测单元所受压力发生变化时，压电薄膜层表面产生电荷；当检测单元外表面温度发生变化时，第一电极层的电阻率发生变化从而引起阻值发生变化；检测单元将包含电阻值变化信息的直流模拟电流信号和压力值变化的交流模拟电流信号输出至第一模数转换单元；

二、第一模数转换单元将收到的包含直流模拟电流信号和交流模拟电流信号的混合模拟电信号转化为数字信号，并输出至第一中央处理器；

三、第一中央处理器利用自身存储的低通滤波算法将收到的数字信号处理得到包含温度信息的数字信号，第二中央处理器利用自身存储的带通滤波算法将收到的数字信号处理得到包含压力信息的数字信号；

四、第一中央处理将包含温度信息的数字信号计算处理得到温度变化信号并通过通讯设备输出至上位机，第一中央处理将包含压力信息的数字信号计算处理得到压力信号并通过通讯设备输出至上位机；

五、上位机根据收到的温度变化信号计算出修正后的压电系数，上位机根据收到的压力信号计算出检测单元的总电荷数，最后计算出压力修正值；

Ⅱ、方法二

方法二包括依次进行的以下步骤：

（一）通过控制器在第一电极层上同时施加一直流电流信号和交流电流信号；当检测单元所受压力发生变化时，压电薄膜层表面产生电荷；当检测单元外表面温度发生变化时，第一电极层的电阻率发生变化从而引起阻值发生变化；检测单元将包含电阻值变化信息的直流模拟电流信号和压力值变化的交流模拟电流信号输出至滤波单元；

（二）滤波单元将收到的混合模拟电信号经过低通滤波器的处理得到含有电阻率变化的直流模拟电流信号并输出至第一模数转换器，滤波单元将收到的混合模拟电信号经过带通滤波器的处理得到交流模拟电流信号并输出至第二模数转换器；

（三）第一模数转换器将收到的直流模拟电流信号转化为数字信号并输出至第二中央处理器，第二模数转换器将收到的交流模拟电流信号转化为数字信号并输出至第二中央处理器；

（四）第二中央处理器将从第一模数转换器收到的数字电信号进行计算处理得到温度变化信号并通过通讯设备输出至上位机，第二中央处理器将从第二模数转换器收到的数字信号进行计算处理得到压力信号并通过通讯设备输出至上位机；

（五）上位机根据收到的温度变化信号计算出修正后的压电系数，上位机根据收到的压力信号计算出检测单元的总电荷数，最后计算出压力修正值。

4.根据权利要求3所述的修正温度影响的足底压力的方法，，其特征在于：（ⅠA）在方法一中，

所述第一电极层包括N（N≥1）个小电极，

所述前端电路还包括多路调制器；

所述控制器的控制信号输出端通过多路调制器与第一电极层包括的N个小电极的输入端相连；

所述第一后端电路还包括第一多路解调器；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均通过第一多路解调器与第一模数转换单元的信号输入端相连；

所述步骤一包括依次进行的以下步骤，

A.通过控制器将一直流电流信号和交流电流信号输出至多路调制器，多路调制器将收到的一直流电流信号和交流电流信号调制之后输出至第一电极层；

当第一电极层的第N（N≥1）小电极对应的传感器表面所受压力发生变化时，压电薄膜层表面产生电荷并进一步形成交流模拟电流信号；当第一电极层的第N（N≥1）小电极对应的传感器表面的温度发生变化时，第N（N≥1）小电极的电阻率发生变化从而引起阻值发生变化并进一步形成直流模拟电流信号；检测单元将包含电阻值变化信息的直流模拟电流信号和压力值变化的交流模拟电流信号输出至第一多路解调器；

B．第一多路解调器将收到的混合模拟电信号解调之后输出至第一模数转换单元；

所述步骤四中，第一中央处理将包含温度信息的数字信号计算处理得到第N（N≥1）小电极附近的温度变化信号并通过通讯设备输出至上位机，第一中央处理将包含压力信息的数字信号计算处理得到第N（N≥1）小电极附近的压力信号并通过通讯设备输出至上位机；

所述步骤五中，上位机根据收到的温度变化信号计算出修正后的压电系数，上位机根据收到的压力信号计算出检测单元的总电荷数，最后计算出第N（N≥1）小电极附近的压力修正值；

（ⅡA） 在方法二中，

所述前端电路还包括多路调制器；

所述控制器的控制信号输出端通过多路调制器与第一电极层包括的N个小电极的输入端相连；

所述第二后端电路还包括第二多路解调器；

所述压力检测单元和温度检测单元的信号输出端均通过第二多路解调器与滤波单元的信号输入端相连；

所述步骤（一）包括依次进行的以下步骤，

a.通过控制器将一直流电流信号和交流电流信号输出至多路调制器，多路调制器将收到的一直流电流信号和交流电流信号调制之后输出至第一电极层；

当第一电极层的第N（N≥1）小电极对应的传感器表面所受压力发生变化时，压电薄膜层表面产生电荷并进一步形成交流模拟电流信号；当第一电极层的第N（N≥1）小电极对应的传感器表面的温度发生变化时，第N（N≥1）小电极的电阻率发生变化从而引起阻值发生变化并进一步形成直流模拟电流信号；检测单元将包含电阻值变化信息的直流模拟电流信号和压力值变化的交流模拟电流信号输出至第二多路解调器；

b. 第二多路解调器将收到的混合模拟电信号解调之后输出至滤波单元；

所述步骤（四）中，第二中央处理器将从第一模数转换器收到的数字电信号进行计算处理得到第N（N≥1）小电极附近的温度变化信号并通过通讯设备输出至上位机，第二中央处理器将从第二模数转换器收到的数字信号进行计算处理得到第N（N≥1）小电极附近的压力信号并通过通讯设备输出至上位机；

所述步骤（五）中，上位机根据收到的温度变化信号计算出修正后的压电系数，上位机根据收到的压力信号计算出检测单元的总电荷数，最后计算出第N（N≥1）小电极附近的压力修正值。