CN113252092B - 一种应变温控实验测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感检测技术领域，公开了一种应变温控实验测试装置及其测试方法，其测试装置包括载物台、发热模块及应变驱动模块；载物台用于搭载预检测的柔性传感元件，固定连接柔性传感元件的一端；发热模块连接载物台，用于控制载物台的发热温度；应变驱动模块设置在载物台的一侧，用于连接柔性传感元件的另一端，以驱动柔性传感元件贴附着载物台拉伸预设的应变位移；本发明所示的测试装置结构简单、操作便捷，可快速便捷地构建一个相应于柔性传感元件的物理环境，该物理环境实现了可控的温度与应变这两种参数的相叠加，大大有利于应变温度并行传感器的研发与测量，有效地减少了测量误差，提高了测量精度。

Description

一种应变温控实验测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及传感检测技术领域，特别是涉及一种应变温控实验测试装置及其测试方法。

背景技术

随着智能化时代的来临，传感器的种类越来越多样化，其应用的领域也越来越广泛，在家具、生物医疗、生物电子、健康监控、人机交互、军事国防等领域扮演着越来越重要的角色。然而，随着传感器技术的发展，除了要求传感器操作简单灵活，具有高精度、高灵敏度外，多参数化测量也是对传感器的另一个挑战。

目前，传感器在单参数测量方面已经取得了较大的成果，但在多参数传感器的研发及应用过程中，仍有很大挑战，由此，综合并行检测多参数的高精度传感器是近年来传感器领域的研究热点。在现有技术中，阻碍传感器多参数并行检测发展的主要因素为低精度和低鲁棒性的实验测量方法。多参数测量检测则要求测试平台将多个可控的物理量同时施加于传感元件上，并满足精度和量程的要求。

对于应变与温度并行检测的传感器而言，传感器在测试状态下，对测试平台的温度和受力应变有着精确的要求。传统测试平台的搭建一般是根据温度和应变的精度与量程的要求，简单地将温度模块和应变模块组合在一起。然而，这种操作方式不仅存在设备繁多、线路冗杂及操作复杂的问题，而且测试结构不稳定，在实验测量中，复杂的测试平台将会造成测量数据的波动性，并会产生较大的系统误差和偶然误差，降低了实验测试的可靠性和鲁棒性，增加了测试结果的不可确定性，从而测量误差较大，不适合高精度的应变温度并行传感设备的测试。

发明内容

本发明实施例提供一种应变温控实验测试装置及其测试方法，用于解决当前用于应变与温度并行检测的传感器而搭建的测试平台存在设备冗杂、操作复杂、测量误差大及精度低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种应变温控实验测试装置，包括载物台、发热模块及应变驱动模块；所述载物台用于搭载预检测的柔性传感元件，并固定连接所述柔性传感元件的一端；所述发热模块连接所述载物台，用于控制所述载物台的发热温度；所述应变驱动模块设置在所述载物台的一侧，用于连接所述柔性传感元件的另一端，以驱动所述柔性传感元件贴附着所述载物台拉伸预设的应变位移。

其中，所述载物台包括加热区和测试区；所述发热模块安装在所述载物台相应于其加热区的端面上；所述载物台上相应的测试区用于搭载所述柔性传感元件。

其中，还包括温度传感器；所述温度传感器安装在所述测试区，用于通过实时的温度反馈，以控制所述发热模块将所述测试区加热至预设温度。

其中，所述发热模块在形状上与所述加热区的端面相适配，所述发热模块包括电加热片、换热片及导热片当中的任意一种。

其中，所述测试区远离所述应变驱动模块一侧的端面上安装有压板；所述压板用于压覆所述柔性传感元件的一端，且所述压板在所述测试区上的安装位置可调节。

其中，所述柔性传感元件包括本体和预检测传感器；所述本体呈长条状，由高分子柔性材料制成；所述预检测传感器内置于所述本体中。

其中，所述应变驱动模块包括夹持模块和多轴移动平台；所述夹持模块安装在所述多轴移动平台上，并用于夹持所述柔性传感元件的另一端。

其中，所述载物台与所述多轴移动平台均固定在基准平台上，所述多轴移动平台包括二维光学移动平台或三维光学移动平台。

其中，所述加热区远离所述应变驱动模块的一侧边依次连接有斜板和水平板；所述斜板朝向远离所述应变驱动模块的一侧呈倾斜向下布置，所述水平板固定连接所述基准平台。

本发明实施例还提供了一种基于如上所述的应变温控实验测试装置的测试方法，包括：S1，由发热模块控制载物台达到预设的发热温度，并由应变驱动模块驱动柔性传感元件贴附着载物台拉伸预设的应变位移；S2，通过柔性传感元件内置的预检测传感器进行相应的数据采集。

本发明实施例提供的一种应变温控实验测试装置及其测试方法，在进行测试时，可基于载物台的热传导，通过发热模块实现对载物台温度场的控制，与此同时，还可通过应变驱动模块对载物台上的柔性传感元件施加拉伸驱动，使得柔性传感元件始终贴附在载物台的情况下发生相应的应变位移，从而在柔性传感元件始终接受到载物台的热传导的基础上，还实现了对被测柔性传感元件的应变物理量的控制，以此可通过柔性传感元件内置的预检测传感器进行相应的数据采集。

由此可见，本发明结构简单，操作方便，基于载物台、发热模块及应变驱动模块而搭建的实验测试装置，可快速便捷地构建一个相应于柔性传感元件的物理环境，该物理环境实现了可控的温度与应变这两种参数的相叠加，大大有利于应变温度并行传感器的研发与测量，从而有效地减少了其测量误差，并相应地提高了测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所示的应变温控实验测试装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例所示的应变温控实验测试装置的主视结构示意图；

图3为本发明实施例所示的载物台的结构示意图；

图4为本发明实施例所示的压板的结构示意图；

图5为本发明实施例所示的基于应变温控实验测试装置的方法的流程图。

附图标记说明：1、载物台；11、加热区；12、测试区；2、发热模块；3、夹持模块；4、多轴移动平台；5、基准平台；6、斜板；7、水平板；8、压板；9、条形孔；10、电偶插孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图2，本实施例提供了一种应变温控实验测试装置，包括载物台1、发热模块2及应变驱动模块；载物台1用于搭载预检测的柔性传感元件，并固定连接柔性传感元件的一端；发热模块2连接载物台1，用于控制载物台1的发热温度；应变驱动模块设置在载物台1的一侧，用于连接柔性传感元件的另一端，以驱动柔性传感元件贴附着载物台1拉伸预设的应变位移。

具体的，参见图5，本实施例所示的应变温控实验测试装置在进行测试时，在步骤S1，可基于载物台1的热传导，通过发热模块2实现对载物台1温度场的控制，与此同时，还可通过应变驱动模块对载物台1上的柔性传感元件施加拉伸驱动，使得柔性传感元件始终贴附在载物台1的情况下发生相应的应变位移，从而在柔性传感元件始终接受到载物台1的热传导的基础上，还实现了对被测柔性传感元件的应变物理量的控制，以此可在步骤S2通过柔性传感元件内置的预检测传感器进行相应的数据采集。

由此可见，本发明结构简单，操作方便，基于载物台1、发热模块2及应变驱动模块而搭建的实验测试装置，可快速便捷地构建一个相应于柔性传感元件的物理环境，该物理环境实现了可控的温度与应变这两种参数的相叠加，大大有利于应变温度并行传感器的研发与测量，从而有效地减少了其测量误差，并相应地提高了测量精度。

在此应当指出的是，本实施例对载物台1的形状不作具体限制，以便于实现操作为准，载物台1可优选为铜、铁、钢、铝等热传导性较好的材质加工而成，且为了较好地进行实验测试，将载物台1水平设置，并且载物台1可通过多根锁紧螺杆固定设置在如下实施例所示的基准平台5的上侧。

与此同时，发热模块2连接载物台1可以理解为，发热模块2安装在载物台1的侧面或载物台1的上、下端面，在此不作具体限定。为了确保对载物台1的加热效率，并进一步优化整体的安装结构，本实施例将发热模块2安装在载物台1的下端面，其中，发热模块2可理解为本领域所公知的能够定量地控制发热温度的相关发热部件。

另外，柔性传感元件在图1与图2中未示意出，柔性传感元件的结构可理解为，包括本体和预检测传感器；本体呈长条状，如横截面为矩形、三角形、圆形及其它正多边形的长条，其中，本体可呈长方体结构，其长、宽、高的尺寸可设计为3.6cm×2cm×1.5cm，当然，本体也可为其它尺寸，以适应于载物台1进行相应的尺寸设计。由此，可便于将本体的一端固定在载物台1上，而由应变驱动模块对本体的另一端提供拉伸驱动，且本体可选择的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、Ecoflex硅胶及其它高分子柔性材料；预检测传感器可优选为电容元件，将其内置于本体中。

优选地，如图3所示，本实施例中载物台1包括加热区11和测试区12；发热模块2安装在载物台1相应于其加热区11的端面上；载物台1上相应的测试区12用于搭载柔性传感元件。

具体的，为了较好地提高载物台1的传热效率，并便于对柔性传感元件进行相应的拉伸驱动操作，从而将载物台1划分为加热区11和测试区12，其中，加热区11设置的面积大于测试区12，在加热区11的四角各设有螺孔，以通过配套的螺栓将发热模块2安装在加热区11的下端面，测试区12从加热区11的一侧边伸出，以在测试区12搭载柔性传感元件，并配合相应的应变驱动模块，对柔性传感元件进行拉伸应变控制。

由此，加热区11接受发热模块2的发热温度，并将该温度热传导至测试区12。为了进一步精确控制测试区12的温度，可在测试区12安装温度传感器，如在温度传感器为热电偶时，将热电偶的探头插入至加热区11侧面配设的如图3所示的电偶插孔10中，从而可通过温度传感器实时的温度反馈，以精确地控制测试区12达到预设温度，进而在热传导下，与测试区12紧密接触的柔性传感元件也会相应地达到预设温度。

与此同时，本实施例优选地将温度传感器对应安装在靠近柔性传感元件中部的测试区12，以便更为准确地控制靠近柔性传感元件中部的测试区12的温度。

优选地，本实施例中发热模块2在形状上与加热区11的端面相适配，发热模块2包括电加热片、换热片及导热片当中的任意一种。

具体的，电加热片为在板体内设置有电加热丝，如此可通过控制电加热丝的发热功率，以使得电加热片达到相应的加热温度；换热片为在板体内设置有换热通道，在换热通道中通入预设温度的循环流动的液体介质(如水、油等)或预设温度的蒸汽，以使得换热片达到相应的加热温度；另外，导热片可以为导热性能较好的铜板、铁板或铝板，将导热片一侧的端面贴附在载物台1一侧的端面上，导热片另一侧的端面连接发热部件。

在此应指出的是，为了较好地控制发热模块2的发热温度，并且实现整体的测试装置在结构上的微型化设计，本实施例优选发热模块2为电加热片。

优选地，为了确保柔性传感元件与载物台1较好地接触，本实施例设计在测试区12远离应变驱动模块一侧的端面上安装压板8，并通过压板8压覆柔性传感元件的一端，其中，压板8在测试区12上的安装位置可调节。

如图4所示，在压板8上开设有便于调节的条形孔9，如腰形孔；相应地，在测试区12远离应变驱动模块一侧的端面上开设与该条形孔9相对应的通孔，如图3所示，该通孔为圆形、矩形或腰形，在此不作具体限定。如此，在通过配套的螺栓将压板8紧固测试区12时，可根据预压覆的柔性传感元件的一端的面积(或宽度)，以对压板8在测试区12上的安装位置进行相应的调整。

优选地，本实施例中应变驱动模块包括夹持模块3和多轴移动平台4；夹持模块3安装在多轴移动平台4上，并用于夹持柔性传感元件的另一端。

具体的，如图1和图2所示，夹持模块3包括第一夹板和第二夹板，第一夹板和第二夹板上下相对布置，并通过螺栓紧固连接，在第一夹板与第二夹板靠近载物台1的一端的内侧设有糙面结构或齿纹结构，以夹持柔性传感元件的另一端，而第二夹板紧固在多轴移动平台4上，由此，可通过多轴移动平台4沿多个自由度的移动功能，来控制夹持模块3相应的实现多个自由度的运动，从而驱动柔性传感元件贴附着载物台1沿着预设的方向拉伸预设的应变位移。

进一步的，为了防止外界因素对测试实验的影响，本实施例将载物台1与多轴移动平台4均固定在基准平台5上，多轴移动平台4包括二维光学移动平台或三维光学移动平台，其中，为了满足对柔性传感元件的拉伸需求，通过二维光学移动平台可精确地控制夹持模块3在竖直平面上沿两个垂直的方向进行移动，而三维光学移动平台可精确地控制夹持模块3实现X轴、Y轴和Z轴的移动，X轴、Y轴和Z轴彼此之间相互垂直，由此，通过控制夹持模块3对柔性传感元件的另一端至少沿两个垂直方向的拉伸驱动，以使得柔性传感元件始终贴附着载物台1拉伸预设的应变位移。

优选地，如图2所示，本实施例中加热区11远离应变驱动模块的一侧边依次连接有斜板6和水平板7；斜板6朝向远离应变驱动模块的一侧呈倾斜向下布置，水平板7固定连接基准平台5。

具体的，载物台1、斜板6和水平板7可设计为一体式的铸造结构，也可为依次焊接的结构，在此不作具体限定，其中，斜板6与水平板7可呈如图2所示的锐角设置，也可呈钝角设置，在此也不作具体限定。

与此同时，本实施例通过在载物台1相对应于变驱动模块的对侧设计斜板6，以用于在对侧的应变驱动模块向柔性传感元件施加拉力时，消除间接作用在载物台1上的横向拉力，维持载物台1安装结构的稳定性，并且通过水平板7连接斜板6与基准平台5，可进一步确保了载物台1、斜板6和水平板7构成的整体安装结构的稳固性。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应变温控实验测试装置，其特征在于，

包括载物台、发热模块及应变驱动模块；

所述载物台用于搭载预检测的柔性传感元件，并固定连接所述柔性传感元件的一端；所述发热模块连接所述载物台，用于控制所述载物台的发热温度；所述应变驱动模块设置在所述载物台的一侧，用于连接所述柔性传感元件的另一端，以驱动所述柔性传感元件贴附着所述载物台拉伸预设的应变位移；

所述载物台包括加热区和测试区；所述发热模块安装在所述载物台相应于其加热区的端面上；所述载物台上相应的测试区用于搭载所述柔性传感元件；所述柔性传感元件包括本体和预检测传感器；所述本体由高分子柔性材料制成；所述预检测传感器内置于所述本体中，所述预检测传感器包括电容元件；

还包括：温度传感器；所述温度传感器安装在所述测试区，用于通过实时的温度反馈，以控制所述发热模块将所述测试区加热至预设温度。

2.根据权利要求1所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述发热模块在形状上与所述加热区的端面相适配，所述发热模块包括电加热片、换热片及导热片当中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述测试区远离所述应变驱动模块一侧的端面上安装有压板；

所述压板用于压覆所述柔性传感元件的一端，且所述压板在所述测试区上的安装位置可调节。

4.根据权利要求1所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述本体呈长条状。

5.根据权利要求1所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述应变驱动模块包括夹持模块和多轴移动平台；

所述夹持模块安装在所述多轴移动平台上，并用于夹持所述柔性传感元件的另一端。

6.根据权利要求5所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述载物台与所述多轴移动平台均固定在基准平台上，所述多轴移动平台包括二维光学移动平台或三维光学移动平台。

7.根据权利要求6所述的应变温控实验测试装置，其特征在于，

所述加热区远离所述应变驱动模块的一侧边依次连接有斜板和水平板；

所述斜板朝向远离所述应变驱动模块的一侧呈倾斜向下布置，所述水平板固定连接所述基准平台。

8.一种权利要求1至7任一所述的应变温控实验测试装置的测试方法，其特征在于，包括：

S1，由发热模块控制载物台达到预设的发热温度，并由应变驱动模块驱动柔性传感元件贴附着载物台拉伸预设的应变位移；

S2，通过柔性传感元件内置的预检测传感器进行相应的数据采集。

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