信號采集與處理模塊采集一次壓阻傳感器組的電阻值，并對相應(yīng)壓力值進(jìn)行一次計算，若所有壓力數(shù)值都小于一定閾值ε，則認(rèn)為此時為壓力零點(diǎn)，零點(diǎn)校正模塊對壓阻傳感器組的零點(diǎn)阻值進(jìn)行校正，儲存數(shù)據(jù)并在下一次與壓力計算模塊通訊時發(fā)送給壓力計算模塊。
[0053]進(jìn)一步而言，所述tl的值在2分鐘?200分鐘范圍內(nèi)。
[0054]作為優(yōu)選的，所述t2的值在2小時?5小時范圍內(nèi)。
[0055]作為優(yōu)選的，所述閾值ε的范圍在O?200Pa之間。
[0056]作為優(yōu)選的，所述閾值頻率f的取值在IHz?1Hz范圍內(nèi)。
[0057]實(shí)施例2
[0058]圖3示出了本實(shí)用新型具體實(shí)施例的足底壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例為壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器在可穿戴測力鞋墊上的應(yīng)用。包括兩層起保護(hù)作用的第一柔性保護(hù)層I和第二柔性保護(hù)層4，設(shè)置在第一柔性保護(hù)層I和第二柔性保護(hù)層4之間的壓電傳感層2和壓阻傳感層3，所述壓電傳感層2置于壓阻傳感層3上部；所述壓電傳感層2和壓阻傳感層3的基層采用柔性絕緣材料，相應(yīng)的壓電傳感器組和壓阻傳感器組分別粘接在對應(yīng)的柔性絕緣材料上。具體地，壓阻傳感層3中壓阻傳感器個數(shù)為7個，型號為FSR-402，按照生物力學(xué)分布于壓阻傳感層3上足底對應(yīng)區(qū)域。壓電傳感器個數(shù)為I個，型號為LDT0-028K，布置于壓電傳感層2上對應(yīng)的前腳掌應(yīng)力集中區(qū)域。本實(shí)施中壓電傳感層2和壓阻傳感層3的基層采用的是PVDF柔性絕緣材料。
[0059]本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，信號采集與處理模塊中主芯片選用深圳市信馳達(dá)科技有限公司生產(chǎn)的CC2540，該芯片包括了 8051處理器、8路A/D轉(zhuǎn)換器和藍(lán)牙通訊模塊；利用紐扣電池為信號采集與處理模塊供電，壓電傳感信號通過整形后進(jìn)入喚醒模塊中的電壓比較器，再連接CC2540的外部中斷1端口。睡眠狀態(tài)下，使能外部中斷，當(dāng)壓電傳感信號大于電壓比較器預(yù)定閾值，將觸發(fā)單片機(jī)中斷，使其進(jìn)入激活狀態(tài)，開始數(shù)據(jù)采集與無線傳輸，并關(guān)閉外部中斷，本實(shí)施例采用的是低功率電壓比較器，型號為MAX9060。
[0060]在本實(shí)施中，所述壓力計算模塊、高頻信號校正模塊和顯示模塊集成在手機(jī)上，當(dāng)然也可以集成于智能腕表、智能手環(huán)或PC機(jī)上。
[0061]在激活狀態(tài)下，CC2540通過1 口控制電子開關(guān)接通，令電池為壓阻傳感信號采集電路、壓電傳感信號采集電路供電，并通過3位1 口控制8路模擬開關(guān)CD4051，按照輪詢方式選通7個壓阻傳感器，被選通的傳感器信號經(jīng)過跨阻放大器，將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，和壓電傳感器經(jīng)過電荷放大器的電壓信號共同進(jìn)入CC2540的多路A/D轉(zhuǎn)換器。壓阻傳感器和壓電傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)過預(yù)處理后，利用CC2540的藍(lán)牙模塊發(fā)送給手機(jī)。手機(jī)計算得到壓力值后，進(jìn)行實(shí)時顯示。
[0062]激活狀態(tài)下，手機(jī)對壓電傳感信號進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)壓電傳感信號連續(xù)低于閾值5分鐘(tl)后，認(rèn)為使用者進(jìn)入到了靜止?fàn)顟B(tài)或?qū)⒁褜⒈驹O(shè)備脫下，手機(jī)通知CC2540進(jìn)入睡眠低功耗狀態(tài)，CC2540通過電子開關(guān)關(guān)斷傳感采集線路電源，并停止A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0063]連續(xù)保持睡眠狀態(tài)3小時(t2)后，認(rèn)為本設(shè)備已經(jīng)被脫下，處于閑置狀態(tài)。主芯片CC2540自動喚醒一次，并采集、計算一次7個壓阻傳感器的值。若7個傳感器計算得到的壓力值都低于10Pa ( ε )，則確認(rèn)此時各壓力傳感器所受壓力為0，此時的電阻值變動為蠕變導(dǎo)致的零點(diǎn)漂移。將此時的電阻值標(biāo)定位新的零點(diǎn)，并儲存在主芯片中，下次喚醒并與手機(jī)連接時，自動發(fā)送新的零點(diǎn)電阻值給手機(jī)以供壓力計算。
[0064]激活狀態(tài)下，手機(jī)通過壓電與壓阻傳感器的值動態(tài)計算人運(yùn)動的步頻。當(dāng)步頻低于2步/秒(f)時，認(rèn)為人處于低速運(yùn)動狀態(tài)，壓阻傳感器計算得到的壓力值即為足底壓力值。當(dāng)步頻高于2步/秒時，認(rèn)為人處于高速運(yùn)動狀態(tài)，比較壓阻傳感器與壓電傳感器得到的壓力峰值、谷值和對應(yīng)的時間點(diǎn)，判斷壓阻傳感器的遲滯情況并做出相應(yīng)的校正。計算后的足底壓力分布在手機(jī)上實(shí)時顯示。
[0065]實(shí)施例3
[0066]為了節(jié)省成本，使本實(shí)用新型的一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器更加簡化，還提供了一種如圖5所示的傳感器，由于壓阻傳感器壓、電傳感器傳感器的技術(shù)已經(jīng)成熟，所采集的壓阻傳感信號、壓電傳感信號已經(jīng)很精確，因此本實(shí)施例中省去了零點(diǎn)校正模塊，其余組件、連接方式保持不變，因此不作贅述。
[0067]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0068]1、功耗低；利用單個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)。
[0069]2、動態(tài)性能好；在激活檢測狀態(tài)下，動態(tài)計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)時間長，造成的動態(tài)性能不佳問題。
[0070]3、穩(wěn)定性、耐用性好；在睡眠狀態(tài)下，利用壓電傳感器和壓阻傳感器的信號聯(lián)合判斷設(shè)備是否處于閑置狀態(tài)，在閑置狀態(tài)下對壓阻傳感器零點(diǎn)進(jìn)行校正，避免了傳統(tǒng)壓阻傳感器長時間使用后材料發(fā)生蠕變，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重的問題；因此利用本技術(shù)方案得到的壓力檢測設(shè)備性能更加穩(wěn)定、耐用性強(qiáng)。
[0071]綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種低功耗、耐用性好、動態(tài)性能好的壓力檢測裝置及檢測方法，可用于建立壓力檢測的可穿戴設(shè)備，增強(qiáng)了產(chǎn)品續(xù)航能力與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，在運(yùn)動數(shù)據(jù)監(jiān)測、體育訓(xùn)練輔助、疾病診斷與預(yù)防、機(jī)器人觸覺方面有著重要的應(yīng)用價值。
[0072]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，其特征在于，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、壓力計算模塊、高頻信號校正模塊以及電源模塊； 所述壓力傳感模塊包括壓阻傳感器組和壓電傳感器組； 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算模塊，所述壓力計算模塊與高頻信號校正模塊連接； 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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，其特征在于:還包括一顯示模塊，所述顯示模塊與壓力計算模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，其特征在于: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，所述壓電傳感器組包括至少I個壓電傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，其特征在于: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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電壓阻復(fù)合柔性力敏傳感器，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)通信模塊為藍(lán)牙通訊模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電壓阻復(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、壓力計算模塊、高頻信號校正模塊以及電源模塊；所述壓力傳感模塊包括壓阻傳感器組和壓電傳感器組；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算模塊，所述壓力計算模塊與高頻信號校正模塊連接；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。本壓力檢測裝置具有耐用性強(qiáng)、動態(tài)性能好的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于可穿戴足底壓力檢測、假肢壓力檢測、機(jī)器人電子皮膚等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01L1-16, G01L1-18
【公開號】CN204286650
【申請?zhí)枴緾N201420833516
【發(fā)明人】劉憶森, 周松斌, 黃可嘉, 劉哲
【申請人】廣東省自動化研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月24日