一種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，包括彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導(dǎo)板、彩色圖片拍攝裝置、密閉外殼，玻璃光波導(dǎo)板設(shè)置于密閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導(dǎo)板上端面，彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內(nèi)，彩色圖片拍攝裝置設(shè)有與玻璃光波導(dǎo)板相對(duì)的拍攝鏡頭，在玻璃光波導(dǎo)板周向設(shè)有管子，紅色LED光源設(shè)置于管子內(nèi)。本實(shí)用新型基于光全內(nèi)反射的原理，當(dāng)光由光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面時(shí)，光全部被反射到原介質(zhì)。本實(shí)用新型成本低、分辨率高，易攜帶，可測(cè)量靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓力分布，可生成二維、三維壓力分布圖、動(dòng)態(tài)重心移動(dòng)軌跡圖，使用簡(jiǎn)單，操作方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種壓力分布測(cè)量裝置，尤其設(shè)及一種基于光全內(nèi)反射的壓力分 布測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在許多行業(yè)中，對(duì)壓力分布的測(cè)量和分析都起著極其重要的作用。如在人體 工程學(xué)中，對(duì)座椅設(shè)計(jì)和舒適度研究方面，由于人體各部位對(duì)壓力的承受能力不同，壓力過(guò) 高或者過(guò)低都會(huì)使人感到不舒適，通過(guò)人體在座椅上的壓力分布檢測(cè)，研究人員可W 了解 到人體各部位所承受的壓力，從而指導(dǎo)座椅舒適性設(shè)計(jì);在汽車(chē)輪胎設(shè)計(jì)方面，通過(guò)測(cè)量輪 胎的對(duì)地壓力分布，可W分析輪胎的壓力特性與駕駛性能的關(guān)系、輪胎印痕與路面磨損的 關(guān)系等，對(duì)輪胎生產(chǎn)的質(zhì)量控制具有重要意義；同時(shí)在電路板印刷壓力平衡調(diào)整、高速碰撞 研究、醫(yī)療和商業(yè)床墊的設(shè)計(jì)、人類(lèi)步態(tài)分析等方面也都具有重要的意義。
[0003] 目前，市場(chǎng)上的壓力分布測(cè)量?jī)x器的主要原理都采用壓阻式傳感器，若干個(gè)壓阻 式傳感器進(jìn)行矩陣式排列，每個(gè)傳感器都是一個(gè)感測(cè)因子，在壓力作用下，測(cè)量每個(gè)感測(cè)因 子的阻值變化，從而獲得壓力大小、時(shí)間W及作用區(qū)域等信息。此類(lèi)壓力分布測(cè)量存在分辨 率低、價(jià)格昂貴等問(wèn)題，不便于大規(guī)模推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，壓 力分布測(cè)量成本低、分辨率高，易攜帶，使用簡(jiǎn)單，操作方便。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，包括彈性暗色薄膜、紅色Lm)光源、玻 璃光波導(dǎo)板、彩色圖片拍攝裝置、上端敞口的密閉外殼，玻璃光波導(dǎo)板設(shè)置于密閉外殼的上 端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導(dǎo)板上端面，彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內(nèi)，彩 色圖片拍攝裝置設(shè)有與玻璃光波導(dǎo)板相對(duì)的拍攝鏡頭，在玻璃光波導(dǎo)板的周向設(shè)有管子， 紅色L邸光源設(shè)置于管子內(nèi)。
[0007] 彩色圖片拍攝裝置為CMOS或CCD相機(jī)。
[000引還包括上位機(jī)，CMOS或CCD相機(jī)與上位機(jī)之間通過(guò)WIFI無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
[0009] 彈性暗色薄膜的面積大于等于玻璃光波導(dǎo)板的面積。
[0010] -種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0011] (1).首先，在基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置測(cè)量壓力分布之前，需要標(biāo)定， 標(biāo)定方法步驟如下：
[0012] a.將CMOS或CCD相機(jī)設(shè)定好，當(dāng)玻璃光波導(dǎo)板上空載時(shí)，CMOS或CCD相機(jī)拍攝彩色 圖片并傳給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提取圖像中的紅色分量為一 個(gè)iXj型矩陣，其中托JT'表示圖片的大??；
[0013] b.在玻璃光波導(dǎo)板上放置一件標(biāo)準(zhǔn)重量的破碼，CMOS或CCD相機(jī)拍攝彩色圖片并 傳給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提取圖像中的紅色分量為一個(gè)i炎！ 型矩陣，其中i災(zāi)若表示圖片的大??；
[0014] C.計(jì)算像素每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值 [001引首先計(jì)算盈與的差值:G糾'記蠢卽-為,
[0016]然后計(jì)算所有像素紅色分量總和岸中，挖C*；J^為?中第1行 第f列元素，Μ為所有像素紅色分量總和，
[0017]最后計(jì)算像素每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值|&:銷(xiāo)^^--，其中懸為標(biāo)準(zhǔn)重量 破碼的重量，11：為每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值；
[0018] (2).標(biāo)定完成后，把需要測(cè)量的物體放置在玻璃光波導(dǎo)板上，CMOS或CCD相機(jī)拍攝 彩色圖片并傳給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提取圖像中的紅色分量，生成矩陣 F、 *堿'
[0019] ^減掉空載時(shí)的紅色分量島:擬^嘴
[0020] 然后與每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值嫌相乘:?然，從而得到 各個(gè)像素的壓力分布%，根據(jù)%I繪制出相應(yīng)的二維壓力分布圖和Ξ維壓力分布圖；
[0021] (3).通過(guò)連續(xù)拍攝圖片，通過(guò)下面兩個(gè)公式計(jì)算壓力重屯、：
[0024]其中（胃，黎^；^)為t時(shí)刻壓力重屯、，糊分別為t時(shí)刻拍攝圖片的像素橫 坐標(biāo)和像素縱坐標(biāo)，??為t時(shí)刻拍攝圖片的(||||^^坐標(biāo)處的壓力值，根據(jù)計(jì)算 的不同時(shí)刻的壓力重屯、繪制出動(dòng)態(tài)壓力重屯、軌跡圖。
[00巧]本實(shí)用新型是基于光全內(nèi)反射（TIR，Total Internal Reflection)的原理，當(dāng)光 由光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面時(shí)，光全部被反射到原介質(zhì)。
[00%]本實(shí)用新型主要由彈性暗色薄膜、紅色Lm)光源、玻璃光波導(dǎo)板、彩色圖片拍攝裝 置(小型CM0S/CCD相機(jī)，帶WIFI傳輸功能）、密閉外殼及上位機(jī)組成，主要工作原理如下： [0027]暗色彈性薄膜遮蓋住整個(gè)裝置，使外界光無(wú)法進(jìn)入裝置。紅色Lm)光源分布在玻璃 玻璃光導(dǎo)板的四周，從玻璃光波導(dǎo)板側(cè)邊照射到玻璃光波導(dǎo)板內(nèi)部，為了避免光散射，紅色 L抓光源全部被安裝在管子里，由于空氣的反射率小于玻璃，根據(jù)光全內(nèi)反射的原理，當(dāng)紅 色光在玻璃光波導(dǎo)板內(nèi)部入射角小于其臨界角時(shí)，紅色光只在玻璃光波導(dǎo)板內(nèi)反射，沒(méi)有 光傳遞到外面，照相機(jī)拍不到光線，拍攝的圖片是一片黑色。當(dāng)有暗色彈性薄膜上有壓力 時(shí)，壓力通過(guò)薄膜傳遞到玻璃光波導(dǎo)板，導(dǎo)致玻璃光波導(dǎo)板上端發(fā)生變形，在變形處發(fā)生漫 反射，從而產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)壓力分布的彩色光線圖，通過(guò)照相機(jī)的拍攝獲取運(yùn)個(gè)彩色光線圖， 并利用WiFi傳遞給上位機(jī)。彩色光線圖即彩色圖片其實(shí)是一個(gè)3維矩陣表示 圖片的大小，3為紅、綠、藍(lán)Ξ個(gè)分量，上位機(jī)提取圖片中紅色分量，并做適當(dāng)?shù)奶幚恚鶕?jù)計(jì) 算每個(gè)像素的紅色分量值(0-255)和標(biāo)定的每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值，從而獲得壓力 分布圖，通過(guò)連續(xù)拍攝圖片并處理，可W獲得動(dòng)態(tài)重屯、軌跡圖。因?yàn)楣庠从玫募t色LED,所 W處理的都是紅色分量，每張照片都要提取紅色分量。
[0028] 本實(shí)用新型壓力分布測(cè)量裝置采用電池供電，具有成本低、分辨率高，易攜帶等特 點(diǎn)，可W測(cè)量靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等壓力分布，并且可W生成二維、Ξ維壓力分布圖、動(dòng)態(tài)重屯、移動(dòng)軌 跡圖等，使用簡(jiǎn)單，操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本實(shí)用新型的部分分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3為本實(shí)用新型的紅色L邸光源配合于套子內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖4為本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖5為本實(shí)用新型上位機(jī)的流程框圖。
[0034] 圖6為被測(cè)量物體圖像的紅色分量圖。
[0035] 圖7為被測(cè)量物體的二維壓力分布示意圖。
[0036] 圖8為被測(cè)量物體的Ξ維壓力分布示意圖。
[0037] 圖9為被測(cè)量物體的動(dòng)態(tài)壓力重屯、軌跡示意圖。
[0038] 圖中：彈性暗色薄膜1、紅色Lm)光源2、玻璃光波導(dǎo)板3、彩色圖片拍攝裝置4、拍攝 鏡頭4-1、密閉外殼5、上位機(jī)6、管子7、物體8。
【具體實(shí)施方式】
[0039] W下結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳述：
[0040] 在實(shí)施例1中，見(jiàn)圖1~圖9,一種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，包括彈性 暗色薄膜1、紅色Lm)光源2、玻璃光波導(dǎo)板3、彩色圖片拍攝裝置4、上端敞口的密閉外殼5、上 位機(jī)6,玻璃光波導(dǎo)板3設(shè)置于密閉外殼5的上端敞口處，彈性暗色薄膜1位于玻璃光波導(dǎo)板3 上端面，彩色圖片拍攝裝置4位于密閉外殼5內(nèi)，彩色圖片拍攝裝置4設(shè)有與玻璃光波導(dǎo)板3 相對(duì)的拍攝鏡頭4-1，在玻璃光波導(dǎo)板3的周向設(shè)有管子7,紅色Lm)光源2設(shè)置于管子7內(nèi)。上 位機(jī)6即計(jì)算機(jī)，安裝對(duì)應(yīng)的軟件。
[0041 ]本實(shí)施例彩色圖片拍攝裝置4為CMOS相機(jī)。
[0042] CMOS相機(jī)與上位機(jī)6之間通過(guò)WIFI無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
[0043] 彈性暗色薄膜1的面積大于等于玻璃光波導(dǎo)板3的面積。
[0044] -種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0045] ( 1).首先，在基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置測(cè)量壓力分布之前，需要標(biāo)定， 標(biāo)定方法步驟如下：
[0046] a.將CMOS相機(jī)設(shè)定好，當(dāng)玻璃光波導(dǎo)板3上空載時(shí)，CMOS相機(jī)拍攝彩色圖片并傳給 上位機(jī)6,上位機(jī)6對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提取圖像中的紅色分量·4^·，·4^·為一個(gè)E'xj'型 矩陣，其中f災(zāi)/表示圖片的大小，本實(shí)施例圖片大小為410X690,彩色圖片矩陣為410X690 X 3，紅色分量矩陣為410 X 690;
[0047] b.在玻璃光波導(dǎo)板3上放置一件20KG破碼，考慮到玻璃光波導(dǎo)板3的承載力，破碼 重量不宜過(guò)大，CMOS相機(jī)拍攝彩色圖片并傳給上位機(jī)6，上位機(jī)6對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提 取圖像中的紅色分量%，%為一個(gè)fXj型矩陣，其中??Ι?表示圖片的大?。?br>[004引 C.計(jì)算像素每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值ft:
[00例首先計(jì)算蟲(chóng)卸與的差值:馬尸露的…
[0化0]然后計(jì)算所有像素紅色分量總和
其中，為技中第1行 第f列元素，胃為所有像素紅色分量總和，
[0化1]最后計(jì)算像素每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值
其中戀為標(biāo)準(zhǔn)重 量，運(yùn)里為20000G，|殺為每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值；
[0052] (2).標(biāo)定完成后，把需要測(cè)量的物體8放置在玻璃光波導(dǎo)板3上，CMOS相機(jī)拍攝彩 色圖片并傳給上位機(jī)6,上位機(jī)6對(duì)圖片的圖像進(jìn)行處理，提取圖像中的紅色分量，生成矩陣 果I
[0化引 ^|減掉空載時(shí)的紅色分量'*^:編^';.巧^'
[0054] 然后與每個(gè)紅色分量值對(duì)應(yīng)的壓力值ft相乘從而得到 各個(gè)像素的壓力分布，根據(jù)'繪制出相應(yīng)的二維壓力分布圖和Ξ維壓力分布圖；運(yùn) 里橫坐標(biāo)表示X方向像素，縱坐標(biāo)表y方向像素，對(duì)于每個(gè)像素點(diǎn)的壓力大小，二維壓力分布 用相應(yīng)的顏色表示，Ξ維壓力分布用高度來(lái)表示。
[0055] (3).通過(guò)連續(xù)拍攝圖片，通過(guò)下面兩個(gè)公式計(jì)算壓力重屯、：
[005引其中為t時(shí)刻壓力重必，jg?、胃分別為t時(shí)刻拍攝圖片的像素橫 坐標(biāo)和像素縱坐標(biāo)，??為t時(shí)刻拍攝圖片的1? ι?坐標(biāo)處的壓力值，根據(jù)計(jì)算 的不同時(shí)刻的壓力重屯、繪制出動(dòng)態(tài)壓力重屯、軌跡圖。
[0059] W上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)例，并不用W限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新 型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，其特征在于：包括彈性暗色薄膜、紅色 LED光源、玻璃光波導(dǎo)板、彩色圖片拍攝裝置、上端敞口的密閉外殼，玻璃光波導(dǎo)板設(shè)置于密 閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導(dǎo)板上端面，彩色圖片拍攝裝置位于密 閉外殼內(nèi)，彩色圖片拍攝裝置設(shè)有與玻璃光波導(dǎo)板相對(duì)的拍攝鏡頭，在玻璃光波導(dǎo)板的周 向設(shè)有管子，紅色LED光源設(shè)置于管子內(nèi)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，其特征在于:彩色圖片 拍攝裝置為CMOS或CCD相機(jī)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，其特征在于:還包括上 位機(jī)，CMOS或C⑶相機(jī)與上位機(jī)之間通過(guò)WIFI無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光全內(nèi)反射的壓力分布測(cè)量裝置，其特征在于:彈性暗色 薄膜的面積大于玻璃光波導(dǎo)板的面積。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK205620055SQ201620392149
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】鄧志輝, 丁晨陽(yáng), 賈允毅
【申請(qǐng)人】常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院