CN112539877B - 一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法，通过包覆于分布式柔性压力传感器外周的密封袋围构形成一密闭空间，并将该密闭空间的气体抽出，使得密闭空间与外部形成气压差，在气压差的作用下，密封袋紧密贴合于分布式柔性压力传感器的表面并对分布式柔性压力传感器的感应面施加均匀的压力，从而提高分布式柔性压力传感器校准的精度。

Description

一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法

技术领域

本发明涉及传感器校准技术领域，特别涉及一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法。

背景技术

分布式柔性压力传感器不仅具有普通阵列式传感器的优点，还具有良好的柔韧性，可以自由弯曲甚至折叠，能够方便地对复杂表面形状的零件进行检测，广泛应用于接触式测量、无损检测、机器人、生物力学等领域。分布式柔性压力传感器简单地从测量原理上划分，可分为压阻式、电容式及压电式。与传统压力传感器相同，压力的变化分别会引起上述传感器的电阻、电容及电压的变化。

分布式压力传感器在使用过程中需要校准，校准是确定压力传感器的示值与实际值之间关系的一组操作。在一些相关技术中，使用已知质量的砝码施压于分布式压力传感器的感应面来获取示值，进而实现校准。但是对于分布式柔性压力传感器的感应面积较大，砝码在感应面各区域施力不均匀，导致分布式柔性压力传感器各区域的校准存在误差。在另外一些相关技术中，使用膨胀的气囊施压于分布式柔性压力传感器的感应面来获取示值，同时以气囊内部压力值作为实际值进行校准；但是由于气囊在膨胀时本身会产生弹性力，该弹性力会作用于与分布式柔性压力传感器的接触面，由于该弹性力无法测量，因此会给校准引入误差。

因此，如何更精准地对分布式柔性压力传感器，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法，通过包覆于分布式柔性压力传感器外周的密封袋围构形成一密闭空间，并将该密闭空间的气体抽出，使得密闭空间与外部形成气压差，在气压差的作用下，密封袋紧密贴合于分布式柔性压力传感器的表面并对分布式柔性压力传感器的感应面施加均匀的压力，从而提高分布式柔性压力传感器校准的精度。

为了实现上述发明目的，提供如下技术方案：

第一方面，提供一种分布式柔性压力传感器校准设备，所述设备包括：

密封袋，用于围合形成一能够容纳所述分布式柔性压力传感器的密闭空间；

真空泵，连通所述密闭空间，用于将所述密闭空间内的气体抽出使所述密闭空间与外部空间产生气压差。

作为进一步改进，所述设备还包括：

透气毡，设置在所述密闭空间内，用于贴合于所述分布式柔性压力传感器的感应面。

作为进一步改进，所述密封袋包括位于外侧的密封层以及位于内侧的透气层。

作为进一步改进，所述密封层的材料为合成树脂，所述透气层的材料包括透气毡或海绵。

作为进一步改进，所述设备还包括：

压力控制系统，所述真空泵通过所述压力控制系统连通所述密闭空间。

第二方面，本发明提供了一种分布式柔性压力传感器校准方法，所述方法包括：

将分布式柔性压力传感器放置于一密封袋围构形成的密闭空间内；

将所述密闭空间内的气体抽出，使密封袋收缩并接触所述分布式柔性压力传感器；

根据所述密闭空间与外部空间之间的气压差值以及所述分布式柔性压力传感器不同区域的示值，对所述分布式柔性压力传感器不同区域进行校准。

作为进一步改进，所述方法包括：

在所述分布式柔性压力传感器的感应面和密封袋之间放置一透气结构。

作为进一步改进，所述透气结构为透气毡或海绵。

作为进一步改进，所述方法还包括：

利用与所述密闭空间连通的真空泵将所述密闭空间内的气体抽出；

通过与所述密闭空间连通的压力控制系统读取所述密闭空间的气压值。

相较于现有技术，本发明提供的一种分布式柔性压力传感器校准设备及方法至少具有以下有益效果：

通过包覆于分布式柔性压力传感器外周的密封袋围构形成一密闭空间，并将该密闭空间的气体抽出，使得密闭空间与外部形成气压差，在气压差的作用下，密封袋紧密贴合于分布式柔性压力传感器的表面并对分布式柔性压力传感器的感应面施加均匀的压力，从而提高分布式柔性压力传感器校准的精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为某一实施例中一种分布式柔性压力传感器校准设备的结构示意图。

图2为某一实施例中一种分布式柔性压力传感器校准设备的结构示意图。

图3为某一实施例中一种分布式柔性压力传感器校准设备的结构示意图。

图4为一个实施例中密封袋的局部剖面图；

图5为一个实施例中一种分布式柔性压力传感器校准方法的流程示意图。

附图标记：

100、密封袋；101、密封层；102、透气层；110、袋口；200、分布式柔性压力传感器；210、通讯线缆；300、真空泵；310、压力控制系统；320、真空阀；330、快速接头母头；340、快速接头公头；350、密封圈；360、密封胶带；370、气压表；400、透气毡；500、密闭空间。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

第一方面，本发明实施例提供了一种分布式柔性压力传感器200校准设备，如图1所示，所述设备包括密封袋100和真空泵300，该密封袋100可以是塑料袋；其中，密封袋100用于围合形成一能够容纳所述分布式柔性压力传感器200的密闭空间500；真空泵300通过管道连通所述密闭空间500，用于将所述密闭空间500内的气体抽出使所述密闭空间500与外部空间产生气压差。

本实施例中，通过包覆于分布式柔性压力传感器200外周的密封袋100围构形成一密闭空间500，并使用真空泵300将该密闭空间500的气体抽出，使得密闭空间500与外部形成气压差，在气压差的作用下，外部空间的大气挤压密封袋100，密封袋100变形而紧密贴合于分布式柔性压力传感器200的表面。需要说明的是，外部空间的大气作为等静压的环境，因此大气对密封袋100外侧各处的压力相同，相当于大气对分布式柔性压力传感器200的感应面施加均匀的压力，该压力的大小为大气压与该密闭空间500气压的差值，从而可以精确获得密封袋100向分布式柔性压力传感器200各区域施加压力的实际值(各区域受到的压力实际值相等，均为大气压与该密闭空间500气压的差值)，从而提高分布式柔性压力传感器200校准的精度。

如图2所示，所述设备还包括透气毡400，透气毡400设置在所述密闭空间500内，用于贴合于所述分布式柔性压力传感器200的感应面。可以理解的是，透气毡400设置的位置不限于分布式柔性压力传感器200的感应面，如图3所示，也可以在分布式柔性压力传感器200的两个面均放置透气毡400。透气毡400的作用是使得密封袋100在其内部的密闭空间500被抽取气体而变形收缩时能够将该变形收缩产生的力更均匀的传导至分布式柔性压力传感器200的感应面。该示例中，透气毡400与分布式柔性压力传感器200的感应面贴合的面为一平整面，使得透气毡400与分布式柔性压力传感器200的感应面紧密贴合，使得透气毡400传导至分布式柔性压力传感器200的感应面各个区域的力更加均匀。

如图4所示，在一些实施例中，所述密封袋100包括位于外侧的密封层101以及位于内侧的透气层102，所述密封层101的材料为合成树脂，所述透气层102的材料包括透气毡400或海绵。本实施例中，将透气毡400或海绵直接粘接在密封袋100内侧，使之成为密封袋100整体结构的一部分，更加便于将透气层102贴合于分布式柔性压力传感器200的感应面，加快校准设备的组装。

如图1至图3所示，在一些实施例中，所述设备还包括压力控制系统310，所述真空泵300通过所述压力控制系统310连通所述密闭空间500，通过压力控制系统310能够更加准确的控制密闭空间500内的气压，进一步提升了校准的精度。具体的，在密封袋100的外部空间放置有一气压表370，用于获取外部空间的大气压值。

如图1所示，在一个示例中，分布式柔性压力传感器200的通讯线缆210从袋口110伸出，密封袋100的袋口110通过密封胶带360进行密封。密封袋100上开设有一通气孔，通气孔连接有快速接头公头340，通过密封圈350对通气孔与快速接头公头340之间的间隙进行密封，与真空泵300连接的管道的一端安装有与快速接头公头340适配的快速接头母头330，在管道上还设置有真空阀320。通过快速接头可以实现校准设备的快速组装，同时在密封袋100内部的密闭空间500气压达到预设气压值时，通过真空阀320关断密闭空间500与真空阀320的连通状态，保持密闭空间500内部气压的恒定。

第二方面，本发明提供了一种分布式柔性压力传感器200校准方法，该校准方法适用于上述的校准设备。如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤S100，将分布式柔性压力传感器200放置于一密封袋100围构形成的密闭空间500内，并在所述分布式柔性压力传感器200的感应面和密封袋100之间放置一透气结构，所述透气结构为透气毡400或海绵。

如图2所示，将分布式柔性压力传感器200从密封袋100的袋口110装入到密封袋100内部，分布式柔性压力传感器200的通讯线缆210从袋口110伸出，然后使用密封胶带360将袋口110进行密封，此时密闭空间500的气压值与大气的气压值相等。此时，导管一端的快速接头母头330与快速接头公头340连接，真空阀320处于关闭状态，由此密封袋100内部形成一个密闭空间500。

步骤S200，将所述密闭空间500内的气体抽出，使密封袋100收缩并接触所述分布式柔性压力传感器200。

如图2所示，导管的另一端经过压力控制系统310与真空泵300连接，开启真空阀320和真空泵300，通过压力控制系统310设置密闭空间500的气压值为Pi,通过气压表370测得此时外部空间的气压值为Po。

在密闭空间500的气压值降低的过程中，密封袋100逐渐变形收缩，收缩的密封袋100挤压透气层102，使得透气层102向分布式柔性压力传感器200的不同区域施加压力。需要说明的是，外部空间的大气作为等静压的环境，因此大气对密封袋100外侧各处的压力相同，相当于大气对分布式柔性压力传感器200的感应面施加均匀的压力，即分布式柔性压力传感器200不同区域的感应面受到压力相同。而该压力值为分布式柔性压力传感器200的实际值记为Ps，其计算公式如下：

Ps＝Po-Pi

步骤S300，根据所述密闭空间500与外部空间之间的气压差值以及所述分布式柔性压力传感器200不同区域的示值，对所述分布式柔性压力传感器200不同区域进行校准。

具体的，通过通讯线缆210读取分布式柔性压力传感器200不同区域的示值，对所述分布式柔性压力传感器200不同区域进行校准。校准是指，获取示值Pc与实际值Ps之间的误差ΔP，便于后续对仪器进行调整。本示例给出了计算误差的公式如下：

ΔP＝Pc-Ps

综上所述，由于通过包覆于分布式柔性压力传感器200外周的密封袋100围构形成一密闭空间500，并将该密闭空间500的气体抽出，使得密闭空间500与外部形成气压差，在气压差的作用下，密封袋100紧密贴合于分布式柔性压力传感器200的表面并对分布式柔性压力传感器200的感应面施加均匀的压力，从而提高分布式柔性压力传感器200校准的精度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (6)

1.一种分布式柔性压力传感器校准设备，其特征在于，所述设备包括：

密封袋，所述密封袋包括位于外侧的密封层以及位于内侧的透气层，用于围合形成一能够容纳所述分布式柔性压力传感器的密闭空间；

真空泵，连通所述密闭空间，用于将所述密闭空间内的气体抽出使所述密闭空间与外部空间产生气压差；

透气毡，设置在所述密闭空间内，用于贴合于所述分布式柔性压力传感器的感应面；

在气压差的作用下，密封袋紧密贴合于分布式柔性压力传感器的表面并对分布式柔性压力传感器的感应面施加均匀的压力。

2.如权利要求1所述的一种分布式柔性压力传感器校准设备，其特征在于，所述密封层的材料为合成树脂，所述透气层的材料还可以是海绵。

3.如权利要求1所述的一种分布式柔性压力传感器校准设备，其特征在于，所述设备还包括：

压力控制系统，所述真空泵通过所述压力控制系统连通所述密闭空间。

4.一种分布式柔性压力传感器校准方法，其特征在于，所述方法包括：

将分布式柔性压力传感器放置于一密封袋围构形成的密闭空间内；

将所述密闭空间内的气体抽出，使密封袋在气压差的作用下收缩并接触所述分布式柔性压力传感器并对分布式柔性压力传感器的感应面施加均匀的压力；

根据所述密闭空间与外部空间之间的气压差值以及所述分布式柔性压力传感器不同区域的示值，对所述分布式柔性压力传感器不同区域进行校准；

在所述分布式柔性压力传感器的感应面和密封袋之间放置一透气结构。

5.根据权利要求4所述的一种分布式柔性压力传感器校准方法，其特征在于，所述透气结构为透气毡或海绵。

6.根据权利要求4所述的一种分布式柔性压力传感器校准方法，其特征在于，所述方法还包括：

利用与所述密闭空间连通的真空泵将所述密闭空间内的气体抽出；

通过与所述密闭空间连通的压力控制系统读取所述密闭空间的气压值。

Images