一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及壓力檢測領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力采集系統(tǒng)在機(jī)器人觸覺、測力鞋墊、測力坐墊等方面有著廣闊的應(yīng)用潛力，柔性傳感材料的發(fā)展更加速了壓力采集技術(shù)在可穿戴領(lǐng)域的發(fā)展。目前的壓力傳感檢測系統(tǒng)，按照傳感器種類來分類，可以分為電容式、壓阻式和壓電式。壓阻傳感器具有形變范圍大、工藝簡單、成本低廉等優(yōu)勢，因此目前比較成熟的柔性壓力采集與分析系統(tǒng)大部分采用壓阻傳感器。
[0003]然而目前壓阻壓力采集設(shè)備普遍存在著以下問題:
[0004](I)功耗大:壓阻壓力采集設(shè)備需要單片機(jī)不斷對壓阻傳感器的電阻值進(jìn)行激勵(lì)測量，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸，功耗大，導(dǎo)致目前的壓阻壓力采集設(shè)備存在著電源模塊體積龐大或者續(xù)航能力差的問題；
[0005](2)動(dòng)態(tài)性能差:壓阻力敏傳感器普遍存在遲滯性問題，材料變形恢復(fù)較慢，因此對高頻壓力的響應(yīng)存在較大誤差。
[0006]壓阻壓力采集設(shè)備功耗大、耐用性差、動(dòng)態(tài)性能差等問題，使其在向可穿戴設(shè)備發(fā)展方向上受到了阻礙。
[0007]壓電傳感器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，卻也具有對低頻壓力響應(yīng)差、空間分辨率低的問題，利用壓電傳感器正好可以彌補(bǔ)壓阻傳感器的不足。近年來，柔性壓電材料的發(fā)展，例如PVDF薄膜，更為構(gòu)造一種壓電壓阻復(fù)合柔性傳感器，獲得低功耗、動(dòng)態(tài)性能好、耐用性好的可穿戴壓力檢測系統(tǒng)提供了可能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，解決了目前的壓阻壓力傳感器動(dòng)態(tài)性能不佳、耐用性不好的問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，包括壓力傳感模塊、信號采集與處理模塊、喚醒模塊、無線數(shù)據(jù)通信模塊、壓力計(jì)算模塊、高頻信號校正模塊以及電源模塊；
[0011]所述壓力傳感模塊包括壓阻傳感器組和壓電傳感器組；
[0012]所述壓阻傳感器組與信號采集與處理模塊連接，壓電傳感器組通過喚醒模塊與信號采集與處理模塊連接；信號采集與處理模塊還與無線數(shù)據(jù)通信模塊連接；所述無線數(shù)據(jù)通信模塊連接壓力計(jì)算模塊，所述壓力計(jì)算模塊與高頻信號校正模塊連接；
[0013]所述電源模塊分別與信號采集與處理模塊、無線數(shù)據(jù)通信模塊連接，用以對裝置進(jìn)行供電。
[0014]進(jìn)一步地，還包括一顯示模塊，所述顯示模塊與壓力計(jì)算模塊連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述壓阻傳感器組為壓阻傳感陣列，其中包含的壓阻傳感器數(shù)量為2?100個(gè)，所述壓電傳感器組包括至少I個(gè)壓電傳感器。
[0016]進(jìn)一步地，所述信號采集與處理模塊包括壓阻傳感信號采集電路、壓電傳感信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理模塊和供電電子開關(guān)；所述壓阻傳感信號采集電路和壓電傳感信號采集電路分別與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述壓阻傳感信號采集電路和壓電傳感信號采集電路還通過供電電子開關(guān)與電源模塊連接。
[0017]進(jìn)一步地，所述無線數(shù)據(jù)通信模塊為藍(lán)牙通訊模塊。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0019]1、功耗低:利用單個(gè)壓電傳感器的信號來切換設(shè)備狀態(tài)；當(dāng)壓力過小、壓力相對靜止，或者設(shè)備沒有被使用的情況下，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，只有壓力變化幅度超過一定閾值，壓電傳感器才會(huì)通過喚醒模塊激活信號采集與處理模塊進(jìn)行采集和傳輸數(shù)據(jù)；相對與傳統(tǒng)的連續(xù)對電阻值進(jìn)行激勵(lì)測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)方案，本技術(shù)方案功耗低、設(shè)備續(xù)航能力強(qiáng)。
[0020]2、動(dòng)態(tài)性能好:在激活檢測狀態(tài)下，動(dòng)態(tài)計(jì)算壓力傳感信號頻率，在高頻狀態(tài)下，利用壓電傳感器信號對壓阻傳感信號進(jìn)行修正，改善了傳統(tǒng)壓阻傳感器遲滯性大，恢復(fù)時(shí)間長，造成的動(dòng)態(tài)性能不佳問題。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1進(jìn)行壓力檢測的方法的流程圖；
[0023]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2具體實(shí)施例的足底壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的足底壓力檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3提供的一種簡化的壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型所述的一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器作進(jìn)一步說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]圖1示出了一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，包括壓力傳感模塊、信號采集與處理模塊、喚醒模塊、零點(diǎn)校正模塊、無線數(shù)據(jù)通信模塊、壓力計(jì)算模塊、高頻信號校正模塊以及電源模塊；
[0029]所述壓力傳感模塊包括壓阻傳感器組和壓電傳感器組，壓阻傳感器組用于采集壓阻傳感信號，壓電傳感器組用于采集壓電傳感信號；
[0030]所述喚醒模塊用于激活信號采集與處理模塊，使之工作；
[0031]所述信號采集與處理模塊用于將壓電傳感器組和壓阻傳感器組輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；
[0032]所述無線數(shù)據(jù)通信模塊用于將信號采集與處理模塊處理過后的數(shù)字信號發(fā)送至壓力計(jì)算模塊；
[0033]所述壓力計(jì)算模塊用于對接收到的壓電傳感信號和壓阻傳感信號進(jìn)行分析計(jì)算并判斷是否需要啟用高頻信號校正模塊；
[0034]所述高頻信號校正模塊用于啟用壓電傳感信號來動(dòng)態(tài)校正壓阻傳感信號；
[0035]所述零點(diǎn)校正模塊用于通過壓電傳感信號和壓阻傳感信號聯(lián)合判斷設(shè)備是否處于閑置狀態(tài)，并且在閑置狀態(tài)下對壓阻傳感器組進(jìn)行零點(diǎn)校正；
[0036]所述壓阻傳感器組與信號采集與處理模塊連接，壓電傳感器組通過喚醒模塊與信號采集與處理模塊連接；信號采集與處理模塊還與所述零點(diǎn)校正模塊和無線數(shù)據(jù)通信模塊連接；所述無線數(shù)據(jù)通信模塊連接壓力計(jì)算模塊，所述壓力計(jì)算模塊與高頻信號校正模塊連接；
[0037]所述電源模塊分別與信號采集與處理模塊、喚醒模塊、零點(diǎn)校正模塊、無線數(shù)據(jù)通信模塊連接，用以對裝置進(jìn)行供電。
[0038]作為優(yōu)選的，還包括一顯示模塊，所述顯示模塊與壓力計(jì)算模塊連接。
[0039]作為優(yōu)選的，所述壓阻傳感器組中壓阻傳感器數(shù)量為2?100個(gè)，按照應(yīng)用場合需要布置于傳感區(qū)域。
[0040]作為優(yōu)選的，所述壓阻傳感器組為壓阻傳感陣列。
[0041]作為優(yōu)選的，所述壓電傳感器組包括I個(gè)壓電傳感器。
[0042]作為優(yōu)選的，所述信號采集與處理模塊包括壓阻傳感信號采集電路、壓電傳感信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理模塊和供電電子開關(guān)。
[0043]作為優(yōu)選的，所述喚醒模塊包括與處理電路和電壓比較器，喚醒模塊與信號采集與處理模塊的單片機(jī)相連，喚醒模塊通過觸發(fā)單片機(jī)中斷引腳，喚醒信號采集與處理模塊進(jìn)入激活狀態(tài)。
[0044]作為優(yōu)選的，所述無線數(shù)據(jù)通信模塊采用藍(lán)牙通訊方式與壓力計(jì)算模塊通訊連接。
[0045]圖2示出了一種采用上述壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器進(jìn)行壓力檢測的方法的流程圖，包括以下步驟:
[0046]S1、信號采集處理:當(dāng)壓電傳感器組的壓電傳感信號超過一定閾值時(shí)，喚醒模塊通過觸發(fā)單片機(jī)中斷引腳，喚醒信號采集與處理模塊進(jìn)入激活狀態(tài)，進(jìn)行信號處理傳送，將壓電傳感器組和壓阻傳感器組輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，此時(shí)信號采集與處理模塊處于激活狀態(tài)；
[0047]S2、信號傳送:無線數(shù)據(jù)通信模塊將得到的數(shù)字信號發(fā)送至壓力計(jì)算模塊；
[0048]S3、動(dòng)態(tài)校正:壓力計(jì)算模塊對壓力傳感信號的頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，當(dāng)頻率小于或等于f時(shí)，判斷為低頻響應(yīng)，只通過壓阻傳感器組輸入的壓阻傳感信號來分析壓力分布情況；當(dāng)頻率大于f時(shí)，判斷為高頻響應(yīng)，高頻信號校正模塊采用壓電傳感器組輸入的壓電傳感信號來動(dòng)態(tài)校正壓阻傳感信號；
[0049]S4、信號處理與計(jì)算:壓力計(jì)算模塊根據(jù)接收的壓電傳感信號、壓阻傳感信號進(jìn)行分析計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果在顯示模塊上顯示；若壓電傳感信號持續(xù)在一定時(shí)間tl內(nèi)低于一定閾值，信號采集與處理模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)(即睡眠低功耗狀態(tài))，進(jìn)入步驟S5 ;
[0050]S5、壓阻傳感器組零點(diǎn)校正。
[0051]進(jìn)一步而言，所述S3還包括:通過壓電傳感信號計(jì)算壓力峰值和零值及相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，判斷壓阻傳感信號的遲滯情況，進(jìn)而采取相應(yīng)的校正措施。
[0052]在S5中，所述壓阻傳感器組零點(diǎn)校正具體包括:當(dāng)信號采集與處理模塊處于睡眠狀態(tài)的時(shí)間超過t2時(shí)，零點(diǎn)校正模塊通過