CN108151640B - 弹性导体在测量尺中的应用、电子测量尺及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明将弹性导体应用在测量尺技术领域，利用弹性导体在形变过程中阻抗发生变化的性质，通过检测阻抗得到待测长度值。并且，本发明提供了一种电子测量尺，包括弹性导体、连接器与控制器；控制器由阻抗测量单元、控制单元、供电单元、显示终端与操作终端组成；弹性导体的两端与连接器相连接，在供电情况下形成电回路；在控制单元的作用下，阻抗测量单元测量弹性导体的阻抗并显示在显示终端。该电子测量尺结构简单，由于弹性导体能够进行多倍拉伸、扭转、折叠等变形，因此能实现不规则物体的长度测量，具有大范围、高精度、便携、智能及不易损坏的特点，在电子测量尺方面具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及弹性导体与测量尺技术领域，具体涉及弹性导体在测量尺中的应用、电子测量尺及测量方法。
背景技术
尺子是现代社会必备的长度测量工具之一，尤其是在装修行业和建筑行业，从业人员经常使用钢卷尺进行长度测量。就钢卷尺而言，本身具有很大的局限性，首先是测量长度有限，若长度增加，就需要使用皮卷尺，而皮卷尺体积大，不便携带，且精度不高；其次是钢卷尺使用不当容易损坏，且在抽拉过程中侧面容易割伤；再次普通尺子需要人工读数，不可避免的造成了人为误差。
目前市场上还有红外测距仪。红外测距仪的优点是测量范围广，误差小，但红外测距仪的缺点就是无法测量小尺寸物体，如几个厘米的长度；而且，红外测距仪只能测量直线，无法测量弯曲物体或者不规则物体的长度尺寸；另外，红外测距仪的红外传感器在搬运过程中也较容易损坏。因此迫切需要一种可测量不规则物体长度、高精度且便携、不易损坏的测量尺。
发明内容
针对上述测量尺的技术现状，本发明将弹性导体应用到测量尺技术领域中。所述的弹性导体不仅具有良好的导电性，而且具有良好的柔韧性，可以承受拉伸、弯曲等形变，并且在形变过程中，其阻抗发生变化。在应用中，准备两件结构、形状、性质完全相同的弹性导体，一件作为样品用，一件作为测量用；首先在一定的检测条件下检测该样品用弹性导体发生拉伸形变时的阻抗变化信息，得到拉伸形变量与阻抗的对应关系；然后，保持相同的检测条件，拉伸用弹性导体，使其长度与待测物长度相同，检测拉伸后弹性导体的实际阻抗；最后，参比所述对应关系，根据实际阻抗得到相应的拉伸形变量，即得到待测物长度。
所述的弹性导体的形状不限，包括线状、块状、薄片状等。
作为优选，所述的弹性导体的形变度超过70％。
作为一种实现方式，所述的弹性导体包括弹性体与导电体。所述弹性体在外力作用下可以发生变形。构成所述弹性体的材料不限，包括硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE等中的一种或者几种。作为优选，所述的导电体为液态金属。所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。
作为一种结构形式，所述的液态金属颗粒分散在弹性体中。作为一种制备该结构的弹性导体的方法，将液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀，然后固化其中的弹性体，得到弹性导体。
作为另一种结构形式，所述的弹性体构成中空腔体，液体金属位于该中空腔体内。作为一种制备该结构的弹性导体的方法，在弹性体成型时，利用模具将弹性体制备成管状结构，然后，在室温条件下将液态金属灌入该管状结构的中空腔体中，得到弹性导体。
另外，所述的弹性导体还可以通过如下方法制备：
所述的弹性体包括热塑性弹性体与热固性弹性体；
将热塑性弹性体加热成熔融的弹性体，将液态金属涂覆到该熔融的弹性体表面，再将该熔融的弹性体涂覆到液态金属表面，然后降温固化弹性体，形成弹性导体。或者，将热固性弹性体作为弹性基底，将液态金属涂覆到弹性基底表面，再将该热固性弹性体涂覆到液态金属表面，然后加热固化弹性体，形成弹性导体。
所述的弹性导体垂直于长度方向的截面形状不限，包括圆形、三角形、正方形、多边形等。
本发明还提供了一种使用弹性导体的电子测量尺，如图1所示，包括弹性导体、连接器与控制器；如图2所示，控制器由阻抗测量单元、控制单元、供电单元、显示终端与操作终端组成；
弹性导体的两端A、B与连接器连接，在供电情况下可形成电回路；阻抗测量单元与连接器相连接，用于测量弹性导体的阻抗；
控制单元与供电单元、阻抗测量单元以及显示终端相连通，用于控制供电单元供电以及阻抗测量单元进行阻抗测量、并将测量结果显示在显示终端；
操作终端与控制单元连通，用于对控制单元发送指令，例如电源供电、开始阻抗测量、停止阻抗测量、标定起点、标定终点等；
供电单元用于为测量单元、控制单元、显示终端与操作终端等供电。
所述的连接器不限，包括型号规格为XH2.54-2P、VH3.96-2P、KF2510-2P、CH3.96-2P、PH2.0-2P、SM2.54-2P等中的一种。
本发明中的电子测量尺在工作状态时，操作终端对控制单元发送供电指令，在控制单元控制下供电单元供电，拉伸该弹性导体使其与待测物两端对齐，弹性导体发生形变，阻抗测量单元检测实际阻抗显示在显示终端，具体的测量方法如下：
(1)准备两件结构、形状、性质完全相同的弹性导体，一件作为样品用，一件作为测量用；首先将该样品用弹性导体两端电连接在连接器上，在一定的检测条件下利用阻抗测量单元检测拉伸该样品用弹性导体发生形变时的阻抗变化信息，得到拉伸形变量与阻抗的对应关系；
(2)将弹性导体两端电连接在连接器上，保持与步骤(1)相同的测量条件；利用操作终端对控制单元发送供电指令，在控制单元控制下供电单元开始供电；然后，控制单元自动对弹性导体进行零点标定，或者操作终端对控制单元发送标定起始点指令，控制单元以弹性导体的某一位置作为零点；将弹性导体的零点位置对齐待测物的一端，拉伸弹性导体至待测物的另一端，阻抗测量单元检测弹性导体的当前阻抗值并通过显示终端显示；
(3)参比步骤(1)得到的对应关系，根据当前阻抗值得到相应的拉伸形变量，经计算即得到待测物长度。
作为优选，所述步骤(1)中得到的对应关系被存储在控制单元中；在步骤(2)中得到当前阻抗值后，控制单元根据该对应关系对当前阻抗值进行分析，得到待测长度后显示在显示终端。
综上所述，本发明将弹性导体应用在测量尺技术领域，利用弹性导体在形变过程中阻抗发生变化的性质，通过检测阻抗得到待测长度值。本发明提供的电子测量尺结构简单，由于弹性导体能够进行多倍拉伸、扭转、折叠等变形，因此能实现不规则物体的长度测量，具有大范围、高精度、便携、智能及不易损坏的特点，在电子测量尺方面具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明电子测量尺的结构示意图；
图2是图1中控制器的结构框图；
图1-2中的附图标记为：1控制器、2连接器、3弹性导体、4阻抗测量单元、5控制单元、6显示终端、7操作终端、8供电单元。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
如图1所示，本实施例中的一种新型电子测量尺包括控制器1、连接器2与弹性导线3。如图2所示，控制器1包括阻抗测量单元4、控制单元5、显示终端6、操作终端7与供电单元8。
弹性导线3的A、B两端连接着连接器2，在供电情况下可形成电回路。阻抗测量单元4一端与连接器2相连接，另一端与控制单元5相连接。显示终端6为液晶显示终端，与控制单元5相连接，显示当前的测量值。操作终端7与控制单元5相连接，主要包括电源键和标定键。供电单元8为阻抗测量单元4、显示终端6和控制单元5供电。
本实施例中的弹性导线由弹性体和液态金属复合而成，弹性体选自热塑性弹性体TPE，液态金属是GaInSn或GaIn合金。弹性体构成中空的管体，液体金属位于该管体的中空腔体内。
本实施例中，液态金属的导电率优于3.8*106s/m。
本实施例中，可在C处对弹性导线进行拉伸，最大可拉伸至其原长度的9倍。
本实施例中，该电子测量尺的制备方法如下：
在弹性体成型时，利用模具将弹性体制备成中空管体结构，然后，在室温条件下将液态金属灌入该管体的中空腔体中，导电接头直接封住管体的两端，得到弹性导线。
本实施例中，阻抗测量单元是基于AD5933芯片，可实现高精度阻抗检测。
本实施例中，控制单元中主控制器采用STM32F103C8T6。
本实施例中，液晶显示终端采用128×32点阵的OLED显示屏，OLED主动发光且功耗低。
本实施例中，操作终端包括电源键和标定键，其中按压电源键可控制供电单元的供电，从而控制电子尺的开关；按压标定键可将超弹性导线的某一位置标定为测量的起始零点。
本实施例中，供电单元采用3.7V可充电锂电池。
本实施例中，连接器包括规格型号为XH2.54-2P、VH3.96-2P、KF2510-2P、CH3.96-2P、PH2.0-2P、SM2.54-2P中的一种。
本实施例中，阻抗测量单元、控制单元、显示终端、操作终端与供电单元都集成在一块面积4cm×2cm双面的PCB电路板上。连接器焊接在该PCB板上。在实际应用中，将弹性导线两端A、B电连接在连接器上。
本实施例中，沿长度方向，弹性导线的形状一致、性能相同。
本实施例中，该电子测量尺的具体测量方法如下：
(1)截取一段弹性导线作为样品，首先将该样品两端电连接在连接器上，在一定的检测条件下利用阻抗测量单元检测该样品在C端进行拉伸发生形变时的阻抗变化信息，得到拉伸形变量与阻抗的对照表；
(2)将弹性导线两端电连接在连接器上，保持与步骤(1)相同的测量条件；按下操作终端的电源按键，在控制单元作用下供电单元开始供电；在无拉伸情况下控制单元自动对弹性导线进行标定，确定零点，或者按下操作终端的标定按钮，以弹性导线的某一位置作为零点；将弹性导线的零点位置对齐待测物的一端，拉伸弹性导线的C端至待测物的另一端，在拉伸过程中阻抗测量单元实时检测弹性导线的阻抗变化量并通过液晶显示终端显示，当弹性导线C端与待测物的另一端对齐时，液晶显示装置显示的阻抗值为当前阻抗值；
(3)参比步骤(1)得到的对照表，根据当前阻抗值得到相应的拉伸形变量，经计算即得到待测物长度。
实施例2：
本实施例中，电子测量尺的结构、制备方法分别与实施例1中的结构、制备方法完全相同。所不同的是：该电子测量尺的具体使用方法中，步骤(1)中得到的对照表被存储在控制单元中；在步骤(2)中得到当前阻抗值后，控制单元根据该对照表对当前阻抗值进行分析，得到待测长度后显示在液晶显示终端。
实施例3：
本实施例中，电子测量尺的结构与实施例1中的结构基本相同，所不同的是液态金属颗粒分散在弹性体中，制备弹性导线的方法是：将液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀，然后固化其中的弹性体，得到弹性导线。
实施例4：
本实施例中，电子测量尺的结构与实施例1中的结构基本相同，所不同的是弹性导线的制备方法是：将该热塑性弹性体TPE加热成熔融的弹性体，将液态金属涂覆到该熔融的弹性体表面，再将该熔融的弹性体涂覆到液态金属表面，然后降温固化形成弹性导线。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.弹性导体在测量尺中的应用；所述的弹性导体包括弹性体与导电体；所述弹性体在外力作用下可发生变形；所述的导电体为液态金属，所述的液态金属是在室温下为液态的金属导电材料；
所述的液态金属颗粒分散在弹性体中；所述的弹性导体通过如下方法制备：
所述的弹性体包括热塑性弹性体与热固性弹性体；
将热塑性弹性体加热成熔融的弹性体，将液态金属涂覆到该熔融的弹性体表面，再将该熔融的弹性体涂覆到液态金属表面，然后降温固化弹性体，形成弹性导体；或者，将热固性弹性体作为弹性基底，将液态金属涂覆到弹性基底表面，再将该热固性弹性体涂覆到液态金属表面，加热固化弹性体，形成弹性导体；
准备两件结构、形状、性质完全相同的弹性导体，一块作为样品用，一块作为测量用；首先，在一定的检测条件下检测样品用弹性导体发生拉伸形变时的阻抗变化信息，得到拉伸形变量与阻抗的对应关系；然后，保持相同的检测条件，拉伸测量用弹性导体，使其长度与待测物长度相同，检测拉伸后弹性导体的实际阻抗；最后，参比所述对应关系，根据实际阻抗得到相应的拉伸形变量，即得到待测物长度。
2.如权利要求1所述的弹性导体在测量尺中的应用，其特征是：所述的弹性导体的形变度超过70%。
3.如权利要求1或2所述的弹性导体在测量尺中的应用，其特征是：构成所述弹性体的材料包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE中的一种或者几种。
4.如权利要求1所述的弹性导体在测量尺中的应用，其特征是：所述的液态金属材料包括汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金。
5.一种电子测量尺，其特征是：包括弹性导体、连接器与控制器；控制器由阻抗测量单元、控制单元、供电单元、显示终端与操作终端组成；
弹性导体的两端与连接器相连接，在供电情况下可形成电回路；阻抗测量单元与连接器相连接，用于测量弹性导体的阻抗；
控制单元与供电单元、阻抗测量单元以及显示终端相连通，用于控制供电单元供电，以及阻抗测量单元进行阻抗测量、并将测量结果显示在显示终端；
操作终端与控制单元连通，用于对控制单元发送指令；
供电单元用于为测量单元、控制单元、显示终端与操作终端供电；
所述的弹性导体包括弹性体与导电体；所述弹性体在外力作用下可以发生变形；所述的导电体为液态金属，所述的液态金属是在室温下为液态的金属导电材料；所述的液态金属颗粒分散在弹性体中；所述的弹性导体通过如下方法制备：
所述的弹性体包括热塑性弹性体与将热固性弹性体；
将热塑性弹性体加热成熔融的弹性体，将液态金属涂覆到该熔融的弹性体表面，再将该熔融的弹性体涂覆到液态金属表面，然后降温固化弹性体，形成弹性导体；或者，将热固性弹性体作为弹性基底，将液态金属涂覆到弹性基底表面，再将该热固性弹性体涂覆到液态金属表面，加热固化弹性体，形成弹性导体。
6.如权利要求5所述的电子测量尺，其特征是：构成所述弹性体的材料包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE中的一种或者几种。
7.如权利要求6所述的电子测量尺，其特征是：所述的液态金属材料包括汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金。
8.如权利要求5至7中任一权利要求所述的电子测量尺的使用方法，其特征是：包括如下步骤：
（1）准备两件结构、形状、性质完全相同的弹性导体，一件作为样品用，一件作为测量用；首先将该样品用弹性导体两端电连接在连接器上，在一定的检测条件下利用阻抗测量单元检测拉伸该样品发生形变时的阻抗变化信息，得到拉伸形变量与阻抗的对应关系；
（2）将测量用弹性导体两端电连接在连接器上，保持与步骤（1）相同的测量条件；利用操作终端对控制单元发送供电指令，在控制单元控制下供电单元开始供电；然后，控制单元自动对弹性导体进行零点标定，或者操作终端对控制单元发送标定起始点指令，控制单元以弹性导体的某一位置作为零点；将该弹性导体的零点位置对齐待测物的一端，拉伸该弹性导体至待测物的另一端，阻抗测量单元检测弹性导体的当前阻抗值并通过显示终端显示；
（3）参比步骤（1）得到的对应关系，根据当前阻抗值得到相应的拉伸形变量，经计算即得到待测物长度。
9.如权利要求8所述的电子测量尺的测量方法，其特征是：所述步骤（1）中得到的对应关系被存储在控制单元中；在步骤（2）中得到当前阻抗值后，控制单元根据该对应关系对当前阻抗值进行分析，得到待测长度后显示在显示终端。
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