CN103528754B - 一种薄膜压力传感器的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜压力传感器的测量装置。该薄膜压力传感器的测量装置包含测量机构和控制及信号采集部分。测量机构包括丝杆、横梁支架、步进电机、横梁、力传感器、直线轴承、轴、弹簧、上下电极、上下支撑板、支撑柱等，所述的测量机构特征在于力传感器固定在横梁上，横梁被套在丝杆上，步进电机能够驱动丝杆转动并带动横梁上下移动，所述的力传感器的下端固定一根轴，轴被放置于直线轴承之中，在轴的下端连接一根弹簧，弹簧的下端固定在绝缘连接柱上，所述的绝缘连接柱与上电极相连，在上下电极之间是待测的薄膜压力传感器，上下电极的两个连接点能够与外面的电压电阻测量单元相连。该测量装置具有操作简单和压力测量精度高等优点。

Description

一种薄膜压力传感器的测量装置

技术领域

本发明涉及一种压力测量的装置，具体为一种薄膜压力传感器的测量装置。

背景技术

采用PVDF等高聚物作为柔性压力传感器的研究已经很多，由于薄膜材料的厚度非常小，一般在几个mm到几个微米，因此，采用一般的强力仪无法对其进行输出信号和压力之间关系的测量，采用定力的测量装置对薄膜材料的压电特性进行测量是目前采用较多的一种方法，即在薄膜上放置一定重量的砝码，通过电压电阻测量装置来测量薄膜两侧的信号的输出，该测量方法具有装置简单(仅仅需要砝码和一个电压或电流测量表)和成本低的优点，但是其缺点也是很明显的，该方法无法对整个量程范围的压力进行对应测量，且测量过程耗时较多，测量只能是静态测量。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明拟解决的技术问题是开发设计一种薄膜压力传感器的测量装置，该装置能够对薄膜压力传感器进行输出信号和施加压力的关系曲线的动态测量。

本发明另一个要解决的技术问题是施加压力的分辨率。

本发明再一个要解决的技术问题是薄膜传感器输出信号的采集。

为解决上述技术问题，一种薄膜压力传感器的测量装置。该薄膜压力传感器的测量装置包含测量机构和控制及信号采集部分。测量机构包括丝杆、横梁支架、步进电机、横梁、力传感器、直线轴承、轴、弹簧、上下电极、上下支撑板、支撑柱等，所述的测量机构特征在于力传感器固定在横梁上，横梁被套在丝杆上，步进电机能够驱动丝杆转动并带动横梁上下移动，所述的力传感器的下端固定一根轴，轴被放置于直线轴承之中，在轴的下端连接一根弹簧，弹簧的下端固定在绝缘连接柱上，所述的绝缘连接柱与上电极相连，在上下电极之间是待测的薄膜压力传感器，上下电极的两个连接点能够与外面的电压电阻测量单元相连。所述的控制及信号采集部分包含有电脑、单片机系统、压力信号采集模块和电压电阻测量单元，其特征在于压力信号和电压电阻信号能够同步进行采集和实时显示。

作为本发明的一种改进，传感器是通过弹簧与被测得薄膜压力传感器相连的。与弹簧相连的轴被固定在垂直位置的直线轴承重，以保证施加的压力是在垂直方向，而且弹簧的弹性系数可以根据薄膜压力传感器的材料不同而进行调整。

作为本发明的一种改进，薄膜压力传感器是由上下两片金属电极平行夹持，且上电极通过柔软的超细电线连接。

作为本发明的另一种改进，横梁的上下运动通过步进电机控制，而步进电机由单片机系统控制，控制指令和采集数据的实时显示由所述电脑完成。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明一种薄膜压力传感器的测量装置一种实施例的整体外观示意图；

图2是本发明一种薄膜压力传感器的测量装置一种实施例的测量结构示意图；

图3是本发明一种薄膜压力传感器的测量装置一种实施例的控制和信号采集工作原理图；

图4是本发明一种薄膜压力传感器的测量装置一种实施例的控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详述本发明，但本发明不受实施例的限制：

本发明的一种薄膜压力传感器的测量装置(参见图1-2)，该薄膜压力传感器的测量装置包含测量机构和控制及信号采集部分。测量机构包括底板1、丝杆17、横梁支架13、步进电机14、横梁15、力传感器3、直线轴承8、轴9、弹簧7、上电极10、下电极11、上支撑板4、下支撑板5、支撑柱6等，所述的测量机构特征在于所述的力传感器3通过螺丝16固定在横梁15上，所述的横梁15被套在丝杆17上，步进电机14能够驱动丝杆17转动并带动横梁15上下移动，所述的力传感器3的下端固定一根轴9，所述的轴9被放置于直线轴承8之中，在轴9的下端连接一根弹簧7，所述的弹簧7的下端固定在绝缘连接柱18上，所述的绝缘连接柱18与上电极10相连，在上下电极10、11之间是待测的薄膜压力传感器12，上下电极的两个连接点19、20能够与外面的电压电阻测量单元21相连。所述的控制及信号采集部分包含有电脑2、单片机系统23、压力信号采集模块22和电压电阻测量单元21，其特征在于施加的压力信号和电压电阻信号能够同步进行采集和实时显示。如图3所示，单片机系统23能够通过方波脉冲对步进电机14进行控制，通过串口通讯模块24与电脑2进行数据和指令通讯。电压电阻测量单元21能够直接通过USB串口与电脑2进行指令和数据交换。

本实施例所使用的弹簧7的粗细是可调的，弹簧直径在0.1mm-2mm的区间内可调，弹簧的粗细决定了施加压力的量程和测量的分辨率，当测试样本的压电敏感度高、量程小的时候可以选择细的弹簧。弹簧的可伸缩区间在5cm到10cm之间。与弹簧7相连的轴9被放置在直线轴承8中，这样可以保证施加的压力是在垂直方向，提高了测量的精度。

本发明一种薄膜压力传感器的测量装置的程序流程如图4所示，首先对单片机系统23的发送初始化变量单元的指令，进一步发送速度和其他测试参数的指令，然后接收单片机系统23发回的位移量、压力信号采集模块22和电压电阻测量单元21传送的信号量，同时在电脑2的屏幕上实时显示曲线。根据图4所示的程序流程图和上述说明，计算机编程人员不难写出具体的程序。

本发明一种薄膜压力传感器的测量装置未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种薄膜压力传感器的测量装置，该薄膜压力传感器的测量装置包含测量机构和控制及信号采集部分，其特征在于：所述测量机构包括丝杆、横梁支架、步进电机、横梁、力传感器、直线轴承、轴、弹簧、上下电极、上下支撑板和支撑柱，所述的力传感器固定在横梁上，横梁被套在丝杆上，步进电机能够驱动丝杆转动并带动横梁上下移动，所述的力传感器的下端固定一根轴，该轴被放置于直线轴承之中，在轴的下端连接一根弹簧，弹簧的下端固定在绝缘连接柱上，所述的绝缘连接柱与上电极相连，在上下电极之间是待测的薄膜压力传感器，上下电极的两个连接点与外面的电压电阻测量单元相连；所述的控制及信号采集部分包含有电脑、单片机系统、压力信号采集模块和电压电阻测量单元，所述压力信号和电压电阻信号能够同步进行采集和实时显示。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述弹簧的弹性系数根据薄膜压力传感器的材料不同而进行调整。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的薄膜压力传感器是由上下两片金属电极平行夹持，且上电极通过柔软的超细电线连接。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：步进电机由单片机系统控制，控制指令和采集数据的实时显示由所述电脑完成。