CN116942082A - 一种柔性薄膜压力传感器标定方法和装置 - Google Patents

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CN116942082A CN202310770720.5A CN202310770720A CN116942082A CN 116942082 A CN116942082 A CN 116942082A CN 202310770720 A CN202310770720 A CN 202310770720A CN 116942082 A CN116942082 A CN 116942082A
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张浩宇
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张毅
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Abstract

本申请涉及一种柔性薄膜压力传感器标定方法和装置，其中，标定方法在标准温度和标准湿度环境下，在待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值，以获得各所述待标定压力传感器的弯折适用范围。在标定过程中考虑环境温湿度以及传感器不同弯曲程度下对标定结果的影响，提高了标定结果的准确性，同时建立了一套完善的标定装置可对多个待标定压力传感器同时进行标定，节省了时间，提高了标定工作的效率。

Description

一种柔性薄膜压力传感器标定方法和装置
技术领域
本申请涉及智慧医疗监测领域，特别是涉及一种柔性薄膜压力传感器标定方法和装置。
背景技术
柔性传感器因具有较好的灵活性、其质轻、体积小、成本低、易与皮肤贴合、耐弯折形变、便于携带和不干扰人们正常生活等特性，因此该技术常见用于智慧医疗领域，因其可以贴敷到人体皮肤表面，且容易弯折，可以随着皮肤发生变形，柔性传感器的发展应用在医疗领域并改变传统医疗监测的方式和方法，为医疗健康监测提供可穿戴、可移动、的完整解决方案，以及为无创或微创的连续实时监测提供器械，有助于实现医疗监测领域的移动化和智能化。
现有的标定方法，没有考虑环境温湿度、传感器不同弯曲程度下对标定结果的影响，没有明确传感器的极限工作量程，最终会导致标定结果不准确，且对压力传感器逐一进行标定测试，会导致测试时间太久，效率低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种柔性薄膜压力传感器标定方法和装置。
第一方面，本申请实施例提供了一种柔性薄膜压力传感器标定方法，所述方法包括：
将标定环境调整至标准温度和标准湿度，安装若干待标定压力传感器并将各所述待标定压力传感器的的曲率调节为零，即平面；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值，并建立力电响应曲线；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值，以获得各所述待标定压力传感器的曲率半径适用范围；其中，所述第一力电响应曲线用于在标定过程中进行误差控制。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，筛除各所述电信号数值中误差大于预设值的电信号数值，得到各所述待标定压力传感器对应的第一电信号数值；
基于所述第一电信号数值以及施加的压力值，得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线；所述第二力电响应曲线用于表示在标定过程中施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将标定环境调整至所述待标定压力传感器设计的最低温度和最低湿度；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的电信号数值；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品；以及将标定环境调节至所述待标定压力传感器设计的最高温度和最高湿度；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的电信号数值；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品。
在其中一个实施例中，所述第一力电响应曲线以及所述工作量程获得方式包括：
在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围内，采用大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以及在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围外，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，直至各所述待标定压力传感器损坏，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于各所述待标定压力传感器损坏时对应的施加压力值，确定所述待标定压力传感器的工作量程；
基于所述工作量程内施加的压力值以及对应的输出电信号数值，得到第一电力响应曲线。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将各所述待标定压力传感器的曲率半径调节至预设曲率半径；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，依次对各所述待标定压力传感器进行万分位测试、千分位测试、百分位测试，以获得各所述待标定压力传感器的分辨力。
在其中一个实施例中，所述得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线之后，所述方法还包括：
将各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线与第二应力传递系数相乘，得到各所述待标定压力传感器的第三力电响应曲线；所述第三力电响应曲线用于表示在人体皮肤上施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
在其中一个实施例中，所述待标定压力传感器包括柔性封装层、第一粘结层、敏感单元、第二粘结层，所述第二应力传递系数γ2确定方式如下：
其中，γ1为第一应力传递系数，Pg2所述第二粘结层承受的压力，Pp为所述敏感单元承受的压力，所述第二粘结层位于人体皮肤与所述敏感单元之间，kB为经验调节系数，rp为所述敏感单元的曲率半径，rs为所述人体皮肤的曲率半径，rg2为所述第二粘结层的曲率半径，Eg2为所述第二粘结层的弹性模量，Ep为所述敏感单元的弹性模量；
所述第一应力传递系数γ1确定方式如下：
其中，Pg1为所述第一粘结层承受的压力，kA为经验调节系数，rf为所述柔性封装层的曲率半径，rg1为所述第一粘结层的曲率半径，Eg1为所述第一粘结层的弹性模量。
第二方面，本申请实施例还提供了一种柔性薄膜压力传感器标定装置，所述装置包括：
温湿度控制模块，用于调节标定环境的温度以及湿度以满足标定条件；
压力施加机构，用于对至少两个待标定压力传感器同时施加均匀的压力；
与所述压力施加机构连接的工控机，用于控制所述压力施加机构按照小交路压力阶跃测试方法或大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器施加压力；
位于所述压力施加机构下方的曲率半径调节机构，包括至少两个压头和至少两个底座，所述压头和所述底座之间用于放置所述待标定压力传感器，所述压头与所述底座的形状相互切合，用于调节所述待标定压力传感器的曲率半径；
与各所述待标定压力传感器连接的数据采集模块，用于获取各所述待标定压力传感器输出的电信号数值。
在其中一个实施例中，所述温湿度控制模块包括湿度喷淋头、温湿度传感器、温控棒、温湿度控制器，
所述温湿度传感器用于检测标定环境的温度以及湿度；
所述温湿度控制器用于当所述标定环境的温度不满足预设温度时，控制所述温控棒进行调节以使得所述标定环境的温度满足预设温度，以及当所述标定环境的湿度不满足预设湿度时，控制所述湿度喷淋头进行喷淋以使得所述标定环境的湿度满足预设湿度。
在其中一个实施例中，所述压力施加机构包括变频器、伺服电动推杆、拉压传感器、加筋推板，所述加筋推板设于所述曲率半径调节机构上方；
所述变频器的两端分别与所述工控机以及所述伺服电动推杆连接，以控制所述伺服电动推杆中电机的转动；
所述拉压传感器设于所述伺服电动推杆下方，以监测所述伺服电动推杆运行时产生的压力。
上述柔性薄膜压力传感器标定方法和装置，在标定过程中考虑了标定环境温湿度以及传感器不同弯曲程度下对标定结果的影响，提高了标定结果的准确性，同时对多个待标定压力传感器同时进行标定，节省了时间，提高了标定工作的效率。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是一个实施例柔性薄膜压力传感器标定方法的流程示意图；
图1-1是一个实施例中小交路阶跃压力测试路线示意图；
图2是另一个实施例标定方法的流程示意图；
图2-1是一个实施例中一个待标定压力传感器的第二电力响应曲线；
图3是另一个实施例标定方法的流程示意图；
图4是一个实施例中第一力电响应曲线和工作量程获得的流程示意图；
图4-1是一个实施例中大交路阶跃压力测试路线示意图；
图5是另一个实施例标定方法的流程示意图；
图6是一个优选实施例中标定测试方法的流程示意图；
图7是一个实施例中待标定压力传感器的结构和标贴在人体皮肤表面上激励源的方向；
图8是一个实施例中待标定压力传感器的结构和在标定过程中激励源的方向；
图9是一个实施例柔性薄膜压力传感器标定装置的结构框图；
图10是一个实施例中不同曲率半径的压头和底座组合的结构示意图；
图11是一个实施例中标定装置三维示意图；
图12是一个实施例中标定装置的另一三维示意图；
图13是一个实施例中加筋推板的结构示意图。
其中，1、钢结构支架；2、法兰盲板；3、伺服电动推杆；4、剪刀斜撑；5、拉压传感器；6、加筋推板；7、湿度喷淋头；8、温湿度传感器；9、压头；10、待标定压力传感器；11、底座；12、数据采集系统；13、电源；14、变频器；15、水箱；16、温湿度控制器；17、工控机；18、亚克力透明挡板；19、加筋底座；20、滑轨；21、温控棒；22、数据记录设备；61、温湿度控制模块；62、压力施加机构；63、曲率半径调节机构；64、数据采集模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本申请实施例提供了一种柔性薄膜压力传感器标定方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S101，将标定环境调节至标准温度和标准湿度，安装若干待标定压力传感器并将各所述待标定压力传感器的的曲率调节为零，即平面；
具体的，将标定环境调节到标准温度和标准湿度下指温度控制在36.1～37.0℃之间，理想相对湿度控制在为50％RH，并将各待标定压力传感器的的曲率调节为零，即待标定压力传感器为平面，不产生弯曲。
步骤S102，在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值，并建立力电响应曲线；
图1-1展示了小交路阶跃压力测试路线示意图，小交路压力阶跃测试方法指当测试步长大于等于2的时候执行操作为向后推进1个已经测试的压力数值之后，向前前进1个未测试的压力数值。
具体的，在待标定压力传感器的工作量程范围内，按照压力值逐次增大，使用小交路阶跃压力测试方式对各待标定压力传感器进行标定测试，按照直到工作量程的100％为止。其中，压力步长控制在设计量程的8.61％-13.25％之间，保压时间控制在2-3.5分钟之间，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；并建立力电响应曲线，通过与标准的力电响应信号对比，可得出哪一种曲率半径下测量结果更准确。
步骤S103，基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值，以获得各所述待标定压力传感器的曲率半径适用范围；其中，所述第一力电响应曲线用于在标定过程中进行误差控制。
具体的，通过与第一力电响应曲线平行对比，确保其误差在可控范围内，若超出可控范围外定义此待标定压力传感器不适合该曲率半径，最后获取各所述待标定压力传感器的曲率半径适用范围。
通过上述步骤S101～S103，在标准温度和标准湿度环境下，在待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值，以获得各所述待标定压力传感器的曲率半径适用范围。在标定过程中在标定过程中考虑环境温湿度以及传感器不同弯曲程度下对标定结果的影响，为每一个待标定压力传感器提供了曲率半径适用范围，提高了标定结果的准确性，同时对多个待标定压力传感器同时进行标定，节省了时间，提高了标定工作的效率。
在其中一个实施例中，如图2所示，所述方法还包括以下步骤：
步骤S201，在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
步骤S202，基于第一力电响应曲线，筛除各所述电信号数值中误差大于预设值的电信号数值，得到各所述待标定压力传感器对应的第一电信号数值；
具体的，通过将待标定压力传感器输出的电信号数值与第一力电响应曲线平行对比，确保其误差在可控范围内，若超出可控范围外定义此待标定传感器为不合格产品，并进行剔除不合格产品及其对应的电信号数值。
步骤S203，基于所述第一电信号数值以及施加的压力值，得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线；所述第二力电响应曲线用于表示在标定过程中施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
具体的，将各个待标定传感器的第一输出电信号数值作为y值，施加的压力值作为x值进行拟合，得到各个待标定压力传感器的力电响应曲线，即第二力电响应曲线。如图2-1所示，为本申请实施例中其中一个待标定压力传感器的第二力电响应曲线，其中γ为温湿度经验调节系数，γ的数值与温湿度有关。
该第二力电响应曲线反映了标定过程中施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。本实施例，为每一个待标定压力传感器提供了力电响应曲线。
在其中一个实施例中，如图3所示，所述方法还包括以下步骤：
步骤S301，将标定环境调节至所述待标定压力传感器设计的最低温度和最低湿度；
步骤S302，在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
步骤S303，基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的电信号数值；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品；以及
步骤S304，将标定环境调节至所述待标定压力传感器设计的最高温度和最高湿度；
步骤S305，在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
步骤S306，基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的电信号数值；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品。
在其中一个实施例中，如图4所示，所述第一力电响应曲线以及所述工作量程获得过程包括以下步骤：
步骤S401，在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围内，采用大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以及在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围外，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，直至各所述待标定压力传感器损坏，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
具体的，对同一批次生产出来的柔性薄膜压力传感器进行极限抗压测试，随机从同批次的传感器中进行选择数量不少于3个作为测试所使用的待标定压力传感器，由于此步骤的测试对传感器的测试具有毁灭性，但对于传感器的标定工作很有实际价值。
图4-1展示了大交路阶跃压力测试路线示意图，大交路压力阶跃测试方法指当测试步长大于等于3的时候执行操作为向后推进2个已经测试的压力数值之后，向后推进1个已经测试的压力数值之后，向前前进1个未测试的压力数值。
在待标定压力传感器设计量程范围(0％-100％)内采用大交路压力阶跃方式进行标定测试，压力步长设置为5％-10％的范围内，保压时间控制在2.1-4.5分钟之间(测试时间漂移情况)，上述测试直到达到设计量程的100％为止，后按照小交路压力阶跃方式进行标定测试，压力步长需要控制在设计量程的2.1％-4.5％之间，保压时间控制在2-3.5分钟之间，直至所述待标定压力传感器损坏；待标定压力传感器损坏即当进行阶跃标定过程中，发现在连续同种压力值测试下，测试得到的电信号偏差超过5％，定义为待标定压力传感器损坏，即传感器失效。通过上述标定测试，获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值。
步骤S402，基于各所述待标定压力传感器损坏时对应的施加压力值，确定所述待标定压力传感器的工作量程；
具体的，当各所述待标定压力传感器损坏时，记录各所述待标定压力传感器损坏时对应的施加压力值，并取其平均值作为待标定压力传感器极限测试获得的最大量程，并根据最大量程定义待标定压力传感器的工作量程。通过经验数据，本实施例中的待标定压力传感器的工作量程控制在该最大量程的72.15％-80.31％之间，也即待标定压力传感器的最优工作量程即传感器的工作量程。
步骤S403，基于所述工作量程内施加的压力值以及对应的输出电信号数值，得到第一电力响应曲线。
具体的，施加的压力值为x＝{x1,x2,…,xn}，工作量程内各待标定压力传感器对应输出电信号数值的平均值y＝{y1,y2,…,yn}，线性回归建立x与y之间的多段线性函数关系，获得第一电力响应曲线，公式如下：
其中，kn为截距，knn为传感器的灵敏度。
在其中一个实施例中，如图5所示，所述方法还包括以下步骤：
步骤S501，将各所述待标定压力传感器的曲率半径调节至预设曲率半径；
具体的，将各所述待标定压力传感器的曲率半径调节成一定的弯曲状态。
步骤S502，在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，依次对各所述待标定压力传感器进行万分位测试、千分位测试、百分位测试，以获得各所述待标定压力传感器的分辨力。
下面通过优选实施例对本实施例标定测试方法进行描述和说明。
整个标定测试方法分为三个环节，如图6所示，包括极端测试，标准测试和微小力测试。
极端测试：指针对同一批次生产出来的柔性薄膜压力传感器进行极限抗压测试，测试所使用的传感器应当随机从同批次的传感器中进行选择，数量不少于3个。按以下操作步骤执行：
1、首先将标定装置的温湿度控制在标准的环境下，所述标准温湿度环境下指温度控制在36.1～37.0℃之间，理想相对湿度控制在50％；
2、安装若干待标定压力传感器，将待标定压力传感器的曲率半径均设置为0；
3、在待标定压力传感器设计量程范围(0％-100％)内采用大交路压力阶跃方式进行标定测试，压力步长设置为5％-10％的范围内，保压时间控制在2.1-4.5分钟之间(测试时间漂移情况)；
4、上述测试直到达到设计量程的100％为止，后按照小交路压力阶跃方式进行标定测试，压力步长需要控制在设计量程的2.1％-4.5％之间，保压时间控制在2-3.5分钟之间；
5、进行上述标定工作直到传感器损毁为止；
依照上述标定测试工作定义传感器的工作量程，并建立第一力电响应曲线。
标准测试：指对同一批次柔性薄膜压力传感器的性能进行测试的工作，测试合格的传感器具备检验初步合格的证明。按以下操作步骤执行：
1、将温湿度调整为待标定压力传感器设计的最低温湿度情况下；
2、在工作量程的100％内，按照小交路压力跳跃方式进行标定测试，压力步长需要控制在设计量程的8.61％-13.25％之间，保压时间控制在2-3.5分钟之间；
3、通过与第一力电响应曲线平行对比，确保其误差在可控范围内，若超出可控范围外定义此传感器为不合格产品；
4、剔除低温测试不合格产品，
5、将温湿度调整为柔性薄膜压力传感器设计的最高温湿度的条件下，重复2-3步骤标定工作；
6、剔除高温测试不合格产品；
7、将温湿度调整为标准温湿度情况下，待温湿度达到目标数值之后，
8、重复2-3步骤标定工作；
9、剔除标准温湿度测试不合格产品；
10、逐次减小待标定压力传感器的曲率半径；
11、在工作量程的100％内，按照小交路压力跳跃方式进行标定测试，压力步长需要控制在设计量程的8.61％-13.25％之间，保压时间控制在2-3.5分钟之间；
12、通过与第一力电响应曲线平行对比，确保其误差在可控范围内，若超出可控范围外定义此传感器不适合这种曲率半径。
上述步骤为完成待标定压力传感器的标准测试，该测试提供出每一个测试传感器的工作温湿度范围、力电响应曲线、适用的弯曲曲率半径情况。
微小力测试：针对已经完成标准测试的柔性薄膜压力传感器进一步逐次确定其分辨力数值的大小。按以下操作步骤执行：
1、将待标定压力传感器的曲率半径均设置为预设曲率半径；
2、安装9片已经完成标准测试的待标定压力传感器；
3、调整施加的压力在待标定压力传感器的工作量程范围的0％-5％；
4、进行万分位测试，按照工作量程的万分之一逐次增大压力，单次保压时间不低于1.2-3.1分钟；
5、进行不低于10次测试之后，进行千分位测试，按照工作量程的千分之一逐次增大压力，单次保压时间不低于1.2-3.1分钟；
6、进行不低于8次测试之后，进行百分位测试，按照工作量程的百分之一逐次增大压力，单次保压时间不低于1.2-3.1分钟；
7、进行不低于6次测试之后，调整施加的压力在待标定压力传感器的工作量程范围45％-50％；
8、重复4-7步骤的操作；
9、调整施加的压力在待标定压力传感器的工作量程范围的75％-80％；
10、重复4-7步骤的操作；
11、对每一个待标定压力传感器的分辨力进行定义。
通过上述步骤，从多个方面深入测试待标定压力传感器的工作性能，包括极限压力、灵敏度、设计极限温度和湿度、最小分辨力等，完成柔性薄膜压力传感器的标定工作，对于检验合格的产品给与合格证与相关产品参数，提高了标定结果的准确性。
在其中一个实施例中，所述得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线之后，所述方法还包括：
将各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线与第二应力传递系数相乘，得到各所述待标定压力传感器的第三力电响应曲线；所述第三力电响应曲线用于表示在人体皮肤上施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
其中，所述待标定压力传感器包括柔性封装层23、第一粘结层24、敏感单元25、第二粘结层26。如图7展示了标贴在人体皮肤27表面上的待标定压力传感器的结构和激励源的方向，如图8展示了在标定过程中待标定压力传感器的结构和激励源的方向，其中待标定压力传感器10安装在底座11表面上，通过标定系统得到的第二力电响应曲线为柔性封装层23、第一粘结层24、柔性传感器的敏感单元25的三者的整体响应，激励源来自柔性封装层的外部，激励源穿过柔性封装层和第一粘结层作用到了敏感单元上，但实际粘贴在人体皮肤上的传感器，需要测得的是人体皮肤上的感知的压力大小，但人体皮肤和柔性传感器敏感单元之间还存在着第二粘结层，敏感单元测得的压力数值和人体皮肤感知到的压力数值存在一个压力传递系数。为了使标定的结果更加准确，在第二力电响应曲线的基础上引入应力传递系数对标定结果进行修正。
所述第二应力传递系数γ2确定方式如下：
其中，Υ1为第一应力传递系数，Pg2所述第二粘结层26承受的压力，Pp为所述敏感单元25承受的压力，所述第二粘结层26位于人体皮肤27与所述敏感单元25之间，kB为经验调节系数，rp为所述敏感单元25的曲率半径，rs为所述人体皮肤27的曲率半径，rg2为所述第二粘结层26的曲率半径，Eg2为所述第二粘结层26的弹性模量，Ep为所述敏感单元25的弹性模量。
所述第一应力传递系数γ1确定方式如下：
其中，Pg1为所述第一粘结层承受的压力，kA为经验调节系数，rf为所述柔性封装层的曲率半径，rg1为所述第一粘结层的曲率半径，Eg1为所述第一粘结层的弹性模量。
其中，kA和kB和为无量纲参数，其计算方式为：
其中，kC和kD为经验调节参数，其它参数计算方式为：
本实施例考虑到传感器和皮肤之间存在一个第二粘结层，因此传感器测量得到的压力不等于皮肤真实感知的压力，因此将第二力电响应曲线与第二应力传递系数γ2相乘，得到各待标定压力传感器的第三力电响应曲线，计算真实的人体皮肤感受到的外部激励的压力数值大小，提高了标定结果的准确性。
本申请实施例还提供了一种柔性薄膜压力传感器标定装置，如图9所示，所述装置包括：
温湿度控制模块61，用于调节标定环境的温度以及湿度以满足标定条件；
压力施加机构62，用于对至少两个待标定压力传感器同时施加均匀的压力；
与所述压力施加机构62连接的工控机17，用于控制所述压力施加机构62按照小交路压力阶跃测试方法或大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器施加压力；
位于所述压力施加机构62下方的曲率半径调节机构63，包括至少两个压头9和至少两个底座11，所述压头9和所述底座11之间用于放置所述待标定压力传感器10，所述压头9与所述底座11的形状相互切合，用于调节所述待标定压力传感器10的曲率半径；
与各所述待标定压力传感器10连接的数据采集模块64，用于获取各所述待标定压力传感器10输出的电信号数值。
具体的，标定装置底部环向均匀布置有多个底座11，例如设置9个底座11，分别用于加持待标定压力传感器10，待标定压力传感器10上部安置有压头9，紧贴于待标定压力传感器敏感单元，压头9的形状需要与底座11相互切合，组合以确保可以给待标定压力传感器提供一个环向压力。图10展示了调节不同曲率半径的待标定压力传感器10对应的压头9和底座11的组合。
本实施例，通过温湿度控制模块61控制标定环境的温度以及湿度，通过压力施加机构62对多个待标定压力传感器同时施加均匀的压力，并通过曲率半径调节机构63控制待标定压力传感器的曲率半径，可以满足在不同温度以及湿度环境下、不同弯曲程度下的标定工作，提高了标定工作的准确性，同时对多个待标定压力传感器同时进行标定，节省了时间，提高了标定工作的效率。
在其中一个实施例中，参见图11和图12，温湿度控制模块61包括湿度喷淋头7、温湿度传感器8、温控棒21、温湿度控制器16，
温湿度传感器8用于检测标定环境的温度以及湿度；
温湿度控制器16用于当所述标定环境的温度不满足预设温度时，控制温控棒21进行调节以使得所述标定环境的温度满足预设温度，以及当所述标定环境的湿度不满足预设湿度时，控制湿度喷淋头7进行喷淋以使得所述标定环境的湿度满足预设湿度。本实施例中的温湿度控制模块61还包括水箱15，水箱15与湿度喷淋头7连接，用于当标定装置内部湿度不满足要求时向其内部进行补水。
在其中一个实施例中，继续参见图11和图12，压力施加机构62包括变频器14、伺服电动推杆3、拉压传感器5、加筋推板6。
所述变频器14与所述伺服电动推杆3电连接，用于控制所述伺服电动推杆3的运动，以产生向下的压力；
所述拉压传感器5设于所述伺服电动推杆3下方，用于监测所述伺服电动推杆3运行时产生的压力，以判断所述伺服电动推杆3的性能是否完好；
所述加筋推板6位于所述曲率半径调节机构63上方，用于将所述压力均匀地分散到所述待标定压力传感器上，加筋推板6的具体结构如图13所示。
所述拉压传感器5监测伺服电动推杆3运行时推力数值，判断伺服电动推杆3的真实运行状态，若拉压传感器5检测数值与设置伺服电动推杆3运行的数值相差较大的情况下，需要对伺服电动推杆3的性能进行检验。
继续参见图11和图12，本实施例中的压力施加机构还包括钢结构支架1、法兰盲板2。
所述钢结构支架1，用于将所述伺服电动推杆3产生压力的反力进行耗散处理；所述法兰盲板2位于所述钢结构支架的中间，并与所述伺服电动推杆3机械连接，将所述伺服电动推杆3固定在所述钢结构支架1上。示例性的，法兰盲板2四周设置有孔洞，与伺服电动推杆3使用螺栓连接。
继续参见图11和图12，本实施例的标定装置还包括剪刀斜撑4、亚克力透明挡板18、加筋底座19、滑轨20，剪刀斜撑4用于提高整个支架的刚度强度和稳定性，确保伺服电动推杆3在运行过程中钢结构支架不出现变形情况；亚克力透明挡板18将钢结构支架1进行覆盖处理，可以保温保湿，控制钢结构支架内部的温湿度情况，并防止迸溅，当在伺服电动推杆3工作过程中容易发生机械结构产生迸溅的情况，因此设置亚克力透明挡板18可以保证人身安全，减少安全隐患。滑轨20可以在伺服电动推杆3在控制加筋推板6上下运动的同时，控制其不发生偏心扭转，提高标定结果的准确性。
以上所述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。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种柔性薄膜压力传感器标定方法，其特征在于，所述方法包括：
将标定环境调节至标准温度和标准湿度，安装若干待标定压力传感器并将各所述待标定压力传感器的曲率调节为零，即平面；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，并依次减小各所述待标定压力传感器的曲率半径，获得各曲率半径下各所述待标定压力传感器输出的电信号数值，并建立力电响应曲线；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值，以获得各所述待标定压力传感器的曲率半径适用范围；其中，所述第一力电响应曲线用于在标定过程中进行误差控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，筛除各所述电信号数值中误差大于预设值的电信号数值，得到各所述待标定压力传感器对应的第一电信号数值；
基于所述第一电信号数值以及施加的压力数值，得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线；所述第二力电响应曲线用于表示在标定过程中施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将标定环境调节至所述待标定压力传感器设计的最低温度和最低湿度；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的误差允许范围；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品；以及
将标定环境调节至所述待标定压力传感器设计的最高温度和最高湿度；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于第一力电响应曲线，判断各所述电信号数值的误差是否大于预设值的误差允许范围；若是，则定义对应的待标定压力传感器为不合格产品。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一力电响应曲线以及所述工作量程获得方式包括：
在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围内，采用大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，以及在所述待标定压力传感器的设计的工作量程范围外，采用小交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器同时施加压力，直至各所述待标定压力传感器损坏，以获得各所述待标定压力传感器输出的电信号数值；
基于各所述待标定压力传感器损坏时对应的施加压力值，确定所述待标定压力传感器的工作量程；
基于所述工作量程内施加的压力值以及对应的输出电信号数值，得到第一电力响应曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将各所述待标定压力传感器的曲率半径调节至预设曲率半径；
在所述待标定压力传感器的工作量程范围内，依次对各所述待标定压力传感器进行万分位测试、千分位测试、百分位测试，以获得各所述待标定压力传感器的分辨力。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述得到各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线之后，所述方法还包括：
将各所述待标定压力传感器的第二力电响应曲线与第二应力传递系数相乘，得到各所述待标定压力传感器的第三力电响应曲线；所述第三力电响应曲线用于表示在人体皮肤上施加的压力值与所述待标定压力传感器输出的电信号数值之间的映射关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待标定压力传感器包括柔性封装层、第一粘结层、敏感单元、第二粘结层，所述第二应力传递系数确定方式如下：
其中，为第一应力传递系数，Pg2所述第二粘结层承受的压力，Pp为所述敏感单元承受的压力，所述第二粘结层位于人体皮肤与所述敏感单元之间，kB为经验调节系数，rp为所述敏感单元的曲率半径，rs为所述人体皮肤的曲率半径，rg2为所述第二粘结层的曲率半径，Eg2为所述第二粘结层的弹性模量，Ep为所述敏感单元的弹性模量；
所述第一应力传递系数确定方式如下：
其中，Pg1为所述第一粘结层承受的压力，kA为经验调节系数，rf为所述柔性封装层的曲率半径，rg1为所述第一粘结层的曲率半径，Eg1为所述第一粘结层的弹性模量。
8.一种柔性薄膜压力传感器标定装置，其特征在于，所述装置包括：
温湿度控制模块，用于调节标定环境的温度以及湿度以满足标定条件；
压力施加机构，用于对至少两个待标定压力传感器同时施加均匀的压力；
与所述压力施加机构连接的工控机，用于控制所述压力施加机构按照小交路压力阶跃测试方法或大交路压力阶跃测试方法对各所述待标定压力传感器施加压力；
位于所述压力施加机构下方的曲率半径调节机构，包括至少两个压头和至少两个底座，所述压头和所述底座之间用于放置所述待标定压力传感器，所述压头与所述底座的形状相互切合，用于调节所述待标定压力传感器的曲率半径；
与各所述待标定压力传感器连接的数据采集模块，用于获取各所述待标定压力传感器输出的电信号数值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述温湿度控制模块包括湿度喷淋头、温湿度传感器、温控棒、温湿度控制器，
所述温湿度传感器用于检测标定环境的温度以及湿度；
所述温湿度控制器用于当所述标定环境的温度不满足预设温度时，控制所述温控棒进行调节以使得所述标定环境的温度满足预设温度，以及当所述标定环境的湿度不满足预设湿度时，控制所述湿度喷淋头进行喷淋以使得所述标定环境的湿度满足预设湿度。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述压力施加机构包括变频器、伺服电动推杆、拉压传感器、加筋推板，所述加筋推板设于所述曲率半径调节机构上方；
所述变频器的两端分别与所述工控机以及所述伺服电动推杆连接，以控制所述伺服电动推杆中电机的转动；
所述拉压传感器设于所述伺服电动推杆下方，以监测所述伺服电动推杆运行时产生的压力。
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