CN103063342A - 一种压力检测装置及压力检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于压力检测领域，本发明公开了一种压力检测装置及压力检测系统，该压力检测装置包括非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元、供电单元，所述非接触式压力传感器输出端连接所述滤波放大单元输入端，所述滤波放大单元输出端连接所述信号采集单元输入端，所述信号采集单元输出端连接所述微处理器单元输入端，所述非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元分别与所述供电单元电性连接。本装置通过非接触式检测物体内填充材料空间密度来进行压力检测，实现了检测压力不需要直接对检测装置作用力，实现了在不影响人体对物体主观感受的前提下，对其受压进行压力的测量。

Description

一种压力检测装置及压力检测系统

技术领域

本发明属于压力检测领域，尤其涉及一种压力检测装置及压力检测系统。

背景技术

对于压力检测，目前已有的测量方法有以下几种：第一种利用液体压力平衡原理，如液柱式压力计。第二种利用弹性形变原理，如弹簧管、膜盒等。第三种利用敏感物质与相关的物理效应，如压阻式、电感式、电容式等。

以上测量方法的实现均要求被测量压力作用于传感器的敏感元件，然后由敏感元件转换为与压力成一定关系的电信号，如应用广泛的压阻式的压力传感器，主要由电阻应变片按惠斯通电桥原理组成，电阻应变片为敏感器件，可将被测物上的受力应变转换成为一种电信号。应变片通过特殊的粘合剂紧密的粘合在生产力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般将这种应变片组成应变电桥，通过 放大电路进行放大，在传输给后续的A/D转换盒CPU进行信号处理。

目前已有的压力检测技术均是基于外力直接或间接作用到传感器的敏感元件的原理，使用此类传感器和方法对枕头、毛绒玩具、羽绒服等物体进行受压检测时，无法在不影响人体对物体使用感受的条件下，找到可安装的受力点，使施加于物体的外力能传递并作用于传感器敏感元件上。

综上所述，目前压力检测装置和方法存在压力检测需要外力作用于传感器敏感元件上的缺陷。

发明内容

本发明在于提供一种压力检测装置，旨在解决压力检测需要外力作用于传感器敏感元件上的问题。

本发明是这样实现的，一种压力检测装置，包括非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元、供电单元，所述非接触式压力传感器输出端连接所述滤波放大单元输入端，所述滤波放大单元输出端连接所述信号采集单元输入端，所述信号采集单元输出端连接所述微处理器单元输入端，所述非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元分别与所述供电单元电性连接。

本发明的进一步技术方案是：该压力检测装置还包括发射调节单元，所述发射调节单元输入端连接所述微处理器单元输出端，所述发射调节单元输出端连接所述非接触式压力检测单元输入端，所述发射调节单元与所述供电单元电性连接。

本发明的进一步技术方案是：该压力检测装置还包括数据收发单元，所述数据收发单元连接所述微处理器单元，所述数据收发单元与所述供电单元电性连接。

本发明的进一步技术方案是：所述非接触式压力检测单元采用的是通过光反射强度获取物体形变程度受压大小的光敏元件。

本发明的进一步技术方案是：所述光敏元件采用的是红外收发器。

本发明的进一步技术方案是：所述红外收发器至少六个。

本发明还提供一种具有压力检测装置的压力检测系统，该压力检测系统具备数据处理、运算及输出执行能力的计算处理器，所述计算处理器通过数据通讯与所述压力检测装置的所述数据收发单元连接。

本发明的进一步技术方案是：所述数据通讯采用的是无线通讯。

本发明的进一步技术方案是：所述无线通讯是Zigbee通讯或蓝牙通讯或WLAN通讯或Wi-Fi通讯或IrDA通讯或UWB通讯或NFC通讯。

本发明的进一步技术方案是：所述计算处理器采用的是通用个人计算机或服务器或PDA或单板机或嵌入式处理器系统或智能手机或网络服务器。

本发明的有益效果是：本装置通过非接触式检测物体内填充材料空间密度来进行压力检测，实现了检测压力不需要直接对检测装置作用力，实现了在不影响人体对物体主观感受的前提下，对其受压进行压力的测量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有压力检测装置的压力检测系统检测物体的结构图；

图2是本发明实施例提供的具有压力检测装置的压力检测系统检测物体受压时的应用示意图；

图3是本发明实施例提供的压力检测装置的立方体结构图；

图4是本发明第一实施例提供的压力检测装置结构框图；

图5是本发明第二实施例提供的压力检测装置结构框图；

图6是本发明第三实施例提供的压力检测装置结构框图；

图7是本发明实施例提供的压力检测系统结构框图。

具体实施方式

附图标记：10-计算处理器 20-压力检测装置 30-填充材料 40-被检测物体 201-非接触式压力检测单元 202-滤波放大单元 203-信号采集单元 204-微处理器单元 205-数据收发单元 206-供电单元 207-发射调节单元 208-红外收发器 209-电路板 210-外壳

如图3、4所示，本发明提供的压力检测装置20，该压力检测装置20包括非接触式压力检测单元201、滤波放大单元202、信号采集单元203、微处理器单元204、供电单元206，所述非接触式压力传感器201输出端连接所述滤波方大单元202输入端，所述滤波放大单元202输出端连接所述信号采集单元203输入端，所述信号采集单元203输出端连接所述微处理器单元204输入端，所述非接触式压力检测单元201、滤波放大单元202、信号采集单元203、微处理器单元204分别与所述供电单元206电性连接。压力检测装置20的非接触式压力检测单元201采用非接触式地测量物体受压形变的信号变化，通过信号变化数据分析计算得到压力值，实现了压力检测不需要外力作用于压力检测装置20的光敏元件上，在不影响人体对物体使用的主观感受的前提下，对作用于其上的压力进行测量。

如图5所示，该压力检测装置20还包括发射调节单元207，所述发射调节单元207输入端连接所述微处理器单元204输出端，所述发射调节单元207输出端连接所述非接触式压力检测单元201输入端，所述发射调节单元207与所述供电单元206电性连接。根据检测物体内的填充材料30的不同情况，以及受压情况不同，发射调节单元207根据微处理器单元204分析数据信号的强弱来调节非接触式压力检测单元201发射信号强度。

如图6所示，该压力检测装置20还包括数据收发单元205，所述数据收发单元205连接所述微处理器单元204，所述数据收发单元205与所述供电单元206电性连接。通过加入数据收发单元205，将检测到的数据分析结果压力值发送到外接设备上来显示出或检测到的原始数据发送到外接设备上，外接设备利用接收到得原始数据来分析计算压力检测装置20检测到的压力值。

所述非接触式压力检测单元201采用的是通过光反射强度获取物体形变程度受压大小的光敏元件。

所述光敏元件是基于半导体光电效应的光电转换传感器，又称光电敏感器。采用光、电技术能实现无接触、远距离、快速和精确测量，因此半导体光敏元件还常用来间接测量能转换成光量的其他物理或化学量。半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通信、计算技术、摄像、夜视、遥感、制导、机器人、质量检查、安全报警以及其他测量和控制装置中。

所述光敏元件包括可见光光敏元件和非可见光光敏元件，如光敏三极管、光敏二极管、光敏电阻、红外收发器208等等，其中以红外收发器208的检测效果最佳。 红外收发器208工作电压低、功耗低、外围电路简单。 

所述压力检测装置20的结构呈表面光滑圆角立方体或表面光滑的球体。

所述红外收发器208至少六个。

所述红外收发器208分别突出设置于所述压力检测装置20的外壳210表面上，并且位于空间的六个面上。通过多方位检测物体内填充材料30的空间密度变化，获取被检测物体受压的最佳数据测量结果。

所述非接触式压力检测单元201、滤波放大单元202、信号采集单元203、微处理器单元204、供电单元206、发射调节单元207、数据收发单元205均分别排列在所述电路板209上。所述红外收发器208与所述电路板209上的所述滤波放大单元202连接，所述红外收发器208与所述供电单元206电性连接。

所述供电单元206采用电池供电。这种方式供电可靠性高、适用性强、扩展方便、线路及系统简单。

压力检测装置20采用低功耗设计，由电池供电，可以长期工作，使用无线传输技术使其完全没有任何外部电线或连接器，同时压力检测装置20的结构设计为体积小，边角采用光滑过渡，没有锋利的边缘或尖锐突起，很适合安装在物体内，同时保证不影响人员使用时的主观感受。

如图7所示，本发明提供的一种具有压力检测装置20的压力检测系统，该压力检测系统还包括具备数据处理、运算及输出执行能力的计算处理器10，所述计算处理器10通过数据通讯与所述压力检测装置20的所述数据收发单元205连接。

所述计算处理器10采用的是通用个人计算机或服务器或PDA或单板机或嵌入式处理器系统或智能手机或网络服务器。只要是带有计算处理能力、且带有无线连接功能的计算处理器10，就能连接压力检测装置20对物体受压形变的原始数据或压力数据进行显示或进一步计算处理和应用。

所述通用计算机是指各行业、各种工作环境都能使用的计算机，如学校、家庭、工厂、医院、公司等用户都能使用的就是通用计算机；平时我们购买的品牌机、兼容机都是通用计算机。

通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机及单片机。这些类型之间的基本区别通常在于其体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件配置等的不同。一般来说，巨型计算机的运算速度很高，可达每秒执行几亿条指令，数据存储容量很大，规模大结构复杂，价格昂贵，主要用于大型科学计算。单片计算机则只由一片集成电路制成，其体积小，重量轻，结构十分简单，性能介于巨型机和单片机之间的就是大型机、中型机、小型机和微型机。它们的性能指标和结构规模则相应的依次递减。

所述服务器指一个管理资源并为用户提供服务的计算机软件，通常分为文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器。运行以上软件的计算机或计算机系统也被称为服务器。相对于普通PC来说，服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通PC有所不同。

所述PDA是Personal Digital Assistant的简称，又称为掌上电脑，可以帮助我们完成在移动中工作，学习，娱乐等。按使用来分类，分为工业级PDA和消费品PDA。工业级PDA主要应用在工业领域，常见的有条码扫描器、rfid读写器、POS机等都可以称作PDA；消费品PDA包括的比较多，智能手机、平板电脑、手持的游戏机等。

所述单板机是将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上，包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等其他外部设备。

所述嵌入式处理器系统指的是将嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。

所述智能手机是指“像个人电脑一样，具有独立的操作系统，可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对手机的功能进行扩充，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类手机的总称”。

所述网络服务器作为硬件来说，通常是指那些具有较高计算能力，能够提供给多个用户使用的计算机。

所述数据通讯采用的是无线通讯。

所述无线通讯采用的是Zigbee通讯或蓝牙通讯或WLAN通讯或Wi-Fi通讯或IrDA通讯或UWB通讯或NFC通讯。

所述Zigbee通讯是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

所述蓝牙通讯是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

所述WLAN通讯是无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频（Radio Frequency； RF）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。

所述Wi-Fi通讯是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。现时一般人会把Wi-Fi及IEEE 802.11混为一谈。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。

所述UWB通讯是一种无载波通信技术，是Ultra Wideband的缩写，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。

所述NFC通讯是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

所述IrDA通讯是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA相继制定了很多红外通信协议，有侧重于传输速率方面的，有侧重于低功耗方面的，也有二者兼顾的。

如图1、2所示，检测物体受压的压力值过程如下：将压力检测装置20放置于由填充材料填充的被检测物体40内，当被检测物体40收到外力的挤压发生形变，其内部空间和填充材料30分布将发生变化，被检测物体40内的填充材料30的空间密度也相应发生变化，压力检测装置20的非接触式压力检测单元201所检测到得信号强度将发生变化，这种变化与物体承受的压力大小和方向相关，非接触式压力检测单元201将检测到的发生变化的信号通过输出端发送给滤波放大单元202输入端，滤波放大单元202将该信号进行滤波及放大处理，滤波放大单元202通过输出端将该信号发送到信号采集单元203的输入端，信号采集单元203采集该信号，信号采集单元203输出端将该信号发送到微处理器单元204的输入端，微处理器单元204将该信号做数据分析处理，得到被检测物体40所受到的压力值，微处理器单元204通过输出端将处理得到的压力值或原始数据发送给数据收发单元205的输入端，数据收发单元205将压力值或原始数据通过数据通讯方式发送给计算处理器10，如计算处理器10得到的是原始数据，则根据原始数据进行分析计算处理，得到被检测物体40所受到的压力值，并且执行输出压力值的结果，如计算处理器10得到的是压力值，则直接输出压力值结果，或根据压力控制其他设备。根据被检测物体40内的填充材料30的不同，以及受压情况的不同，微处理器单元204控制发射调节单元207自动对压力检测单元201发射信号强度进行调整，以获取被检测物体的最佳测量结果。整个压力检测装置20采用的是供电单元206供电，供电单元206采用的是电池供电。

所述压力检测装置20结构简单，易于操作。而且压力检测装置20的体积小，携带方便。计算处理器10是具备数据处理、运算及输出执行能力的处理器即可，目前我们所用的智能手机完全适用于本系统使用。此压力检测装置20为纺织品包装检测、佩戴式计算机系统、智能化家居产品和高档玩具制造提供了一项新的技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力检测装置，其特征在于：包括非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元、供电单元，所述非接触式压力传感器输出端连接所述滤波放大单元输入端，所述滤波放大单元输出端连接所述信号采集单元输入端，所述信号采集单元输出端连接所述微处理器单元输入端，所述非接触式压力检测单元、滤波放大单元、信号采集单元、微处理器单元分别与所述供电单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于：该压力检测装置还包括发射调节单元，所述发射调节单元输入端连接所述微处理器单元输出端，所述发射调节单元输出端连接所述非接触式压力检测单元输入端，所述发射调节单元与所述供电单元电性连接。

3.根据权利要求1或2所述的压力检测装置，其特征在于：该压力检测装置还包括数据收发单元，所述数据收发单元连接所述微处理器单元，所述数据收发单元与所述供电单元电性连接。

4.根据权利要求3所述的压力检测装置，其特征在于：所述非接触式压力检测单元采用的是通过光反射强度获取物体形变程度受压大小的光敏元件。

5.根据权利要求4所述的压力检测装置，其特征在于：所述光敏元件采用的是红外收发器。

6.根据权利要求5所述的压力检测装置，其特征在于：所述红外收发器至少六个。

7.一种具有权利要求3-6任一项所述的压力检测装置的压力检测系统，其特征在于：该压力检测系统还包括具备数据处理、运算及输出执行能力的计算处理器，所述计算处理器通过数据通讯与所述压力检测装置的所述数据收发单元连接。

8.根据权利要求7所述的压力检测系统，其特征在于：所述数据通讯采用的是无线通讯。

9.根据权利要求8所述的压力检测系统，其特征在于：所述无线通讯是Zigbee通讯或蓝牙通讯或WLAN通讯或Wi-Fi通讯或IrDA通讯或UWB通讯或NFC通讯。

10.根据权利要求9所述的压力检测系统，其特征在于：所述计算处理器采用的是通用个人计算机或服务器或PDA或单板机或嵌入式处理器系统或智能手机或网络服务器。

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