CN210833407U

CN210833407U - 一种曲率传感系统

Info

Publication number: CN210833407U
Application number: CN201922053316.8U
Authority: CN
Inventors: 唐伟; 王中林; 舒生
Original assignee: Beijing Zhongke Qilin Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Zhongke Qilin Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-11-25

Abstract

本实用新型实施例提供一种曲率传感系统，该系统包括：阵列部、测量部；所述阵列部包括：阵列的N个阵列单元及其对应的排线，其中N为正整数；所述阵列单元包括：上压电薄膜、下压电薄膜以及设置于所述上压电薄膜与所述下压电薄膜之间的柔性薄膜；所述排线用于将所述上压电薄膜、所述下压电薄膜在受到挤压时产生的电压组传输到所述测量部；所述测量部包括：多通道测试仪，用于接收所述排线传输的电压组；并利用所述电压组与预设曲率库进行比对，得到所述压电薄膜所处位置的曲率值；将所述曲率值发送到外界设备进行显示；其中，所述预设曲率库存有预设曲率值与预设电压组的对应关系，适用于人体可穿戴或者变自由度的测量。

Description

一种曲率传感系统

技术领域

本实用新型实施例涉及传感技术领域，具体涉及一种曲率传感系统。

背景技术

曲率在现代工业技术中，是机械、仪器仪表和电子产品制造业中的重要几何参数之一，它的准确度直接影响着产品的质量与寿命，因而曲率测量在现代工业中占有重要的地位。现代的曲率测量技术种类较多，已在电机、汽车、船舶运输、交通、机械制造、石油、冶金等多方面获得了广泛的应用。特别是近十几年，随着曲率感器的发展和微型计算机在这方面的应用，使曲率测量技术上升到了一个新的高度，测量范围和精度都有了很大的提高。如何进一步改进角度测量手段对提高加工精度和科学研究等方面都有十分重要的意义。

曲率测量一般是通过传感器获取转角信号，经转换成电路参数量，再通过转换电路转换成电信号输出。随着微处理器和集成芯片的发展，对输出信号的处理日趋完善，功能也日益强大，可直接显示、打印、记录、储存或供给控制系统，完成测量或控制的功能。曲率传感器的应用十分广泛，涉及众多的行业，如机械加工、航空航天、智能机器人等，在当今的工业技术中占有重要的一席之地。

曲率传感器分为电位式曲率传感器，电阻应变式曲率传感器，光栅式曲率传感器，磁栅式曲率传感器，感应同步器和码盘式曲率传感器等。

机械式和电磁式的曲率传感器发展比较成熟，但基于原理和加工手段的限制，其精度有限。近几年对角度测量技术的研究和应用大都在光电技术上寻找突破口。

基于光学原理的曲率传感器以精度高的特点越来越受人们关注，发展也十分迅速。在高精度角度测量领域，如今一般用的是高密度光栅和激光干涉测量等基于光学原理的测量方法，如激光自准仪。但这些高精度设备一般机构复杂且成本十分高昂，难以推广普及。其原因在于光栅密度、光学元件的不平行度和粗糙度等特性在现有的加工条件下难以提高。

现有的商用曲率传感器都只能做到刚性接触，且体积庞大，并不适用于人体可穿戴或者变自由度的测量。也有一些非商用的柔性曲率测量传感器，但一般局限于单一自由度，而且信噪比很小，测量精度不高。另外，采用压电材料作为角度传感有其独特的优势，却在该领域没有很好地应用。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种曲率测量方案，能够解决上述的一个或多个技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种曲率传感系统，包括：阵列部、测量部；

所述阵列部包括：阵列的N个阵列单元及其对应的排线，其中N为正整数；

所述阵列单元包括：上压电薄膜、下压电薄膜以及设置于所述上压电薄膜与所述下压电薄膜之间的柔性薄膜；所述排线用于将所述上压电薄膜、所述下压电薄膜在受到挤压时产生的电压组传输到所述测量部；

所述测量部包括：多通道测试仪，用于接收所述排线传输的电压组；并利用所述电压组与预设曲率库进行比对，得到所述压电薄膜所处位置的曲率值；将所述曲率值发送到外界设备进行显示；其中，所述预设曲率库存有预设曲率值与预设电压组的对应关系。

优选地，所述排线包括：一个以上对应的弯曲的印刷电路板；

所述电路板上印刷有与所述印刷电路板的形状对应的电极线。

优选地，所述阵列单元中的压电薄膜为极化后的压电薄膜小块规则排布；

压电薄膜上下表面分别涂上导电层，上下各附带有电极线的印刷电路板。

优选地，所述导电层涂于所述压电薄膜的中间部，以与所述压电薄膜的边缘部绝缘；

所述压电薄膜，包括上压电薄膜、下压电薄膜。

优选地，所述上压电薄膜、所述下压电薄膜沿着所述导电层对齐；

所述柔性薄膜沿着压电薄膜边缘对齐。

优选地，所述上压电薄膜、所述下压电薄膜的尺寸、形状相同，两者对齐叠加；

所述柔性薄膜的尺寸与排布均与所述上压电薄膜、所述下压电薄膜相同；

所述柔性薄膜的厚度同时大于所述上压电薄膜的厚度、所述下压电薄膜的厚度。

优选地，所述多通道测试仪，还用于为所述排线输入的电压组编号，以区分不同的阵列单元。

优选地，所述柔性薄膜为双面带胶，用于将贴于其上的上压电薄膜、下压电薄膜黏附；

所述阵列部由柔性硅橡胶材料封装。

优选地，所述测量部，还用于对每一组阵列单元所输出的电压信号作减法处理得到电压差值；并将得出的电压差值存储，将不同大小的电压差值通过不同的颜色显示于显示屏幕上。

本实用新型实施例提供一种曲率传感系统，包括：阵列部、测量部；所述阵列部包括：阵列的N个阵列单元及其对应的排线，其中N为正整数；所述阵列单元包括：上压电薄膜、下压电薄膜以及设置于所述上压电薄膜与所述下压电薄膜之间的柔性薄膜；所述排线用于将所述上压电薄膜、所述下压电薄膜在受到挤压时产生的电压组传输到所述测量部；所述测量部包括：多通道测试仪，用于接收所述排线传输的电压组；并利用所述电压组与预设曲率库进行比对，得到所述压电薄膜所处位置的曲率值；将所述曲率值发送到外界设备进行显示；其中，所述预设曲率库存有预设曲率值与预设电压组的对应关系，能够适用于人体可穿戴或者变自由度的测量，信噪比、测量精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的阵列部示意图；

图3为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的阵列单元示意图；

图4为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的电极线示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种曲率传感系统控制方法的流程图。

附图标识如下：

阵列部11、测量部12、电子终端13、阵列单元21、排线22、柔性薄膜31、上压电薄膜32、下压电薄膜33、电极层34、电极线路41、导电固连点42。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图4，图1为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的示意图；图2为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的阵列部示意图；图3为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的阵列单元示意图；图4为本实用新型实施例提供一种曲率传感系统的电极线示意图。

在本实用新型一种具体实施方式中，本实用新型实施例提供一种曲率传感系统，包括：阵列部11、测量部12；所述阵列部11包括：阵列的N个阵列单元及其对应的排线，其中N为正整数；所述阵列单元21包括：上压电薄膜32、下压电薄膜33以及设置于所述上压电薄膜32与所述下压电薄膜33之间的柔性薄膜31；所述排线用于将所述上压电薄膜、所述下压电薄膜在受到挤压时产生的电压组传输到所述测量部12；所述测量部12包括：多通道测试仪，用于接收所述排线22发送的电压组；并利用所述电压组与预设曲率库进行比对，得到所述压电薄膜所处位置的曲率值；将所述曲率值发送到外界设备进行显示；其中，所述预设曲率库存有预设曲率值与预设电压组的对应关系。

进一步地，为了使得当阵列单元21在受到挤压时，电极线不会断裂，因此可以将电极线进行弯曲设置，在具体进行设置时，可以将排线22设置为包括：一个以上对应的弯曲的印刷电路板；所述电路板上印刷有与所述印刷电路板的形状对应的电极线。多张印刷电路板上的弯曲电极线可以构成排线22。

更进一步地，还可以将阵列单元21中的压电薄膜设置为极化后的压电薄膜小块规则排布；压电薄膜上下表面分别涂上导电层，上下各附带有电极线的印刷电路板。导电层涂于所述压电薄膜的中间部，以与所述压电薄膜的边缘部绝缘；所述压电薄膜，包括上压电薄膜32、下压电薄膜33。从而，可以避免发生短路的现象。述上压电薄膜32、所述下压电薄膜33沿着所述导电层对齐；所述柔性薄膜31沿着压电薄膜边缘对齐。

值得指出的是，所述上压电薄膜32、所述下压电薄膜33的尺寸、形状相同，两者对齐叠加；所述柔性薄膜31的尺寸与排布均与所述上压电薄膜32、所述下压电薄膜33相同；所述柔性薄膜31的厚度同时大于所述上压电薄膜32的厚度、所述下压电薄膜33的厚度。

另外，多通道测试仪，还用于为所述排线22输入的电压组编号，以区分不同的阵列单元21。柔性薄膜31可以设置为双面带胶，用于将贴于其上的上压电薄膜32、下压电薄膜33黏附，所述阵列部由柔性硅橡胶材料封装。

最后，需要指出的是，测量部12还用于对每一组阵列单元21所输出的电压信号作减法处理得到电压差值；并将得出的电压差值存储，将不同大小的电压差值通过不同的颜色显示于显示屏幕上。

在本实用新型的又一实施例中，本实施例提供压电阵列式柔性多自由度曲率传感器，包括：传感阵列也就是阵列部11，转接口另一端连多通道信号采集器，信号采集器同步接手机显示器等电子终端13。压电阵列由多个上述单元组成，每个阵列单元21都是独立个体，可传递独立信号。每个阵列单元的信号代表一个点的曲率，连续点的曲率绘制的图形代表的就是该区域的曲率。电路板末端所有电极线会汇集，组成排线22。整体由柔性硅橡胶材料封装。当所述传感单元发生弯曲时，柔性薄膜为柔性薄膜31，薄膜上方的上压电薄膜32被拉伸，下方的下压电薄膜33被压缩。与压电材料紧贴的是电极层34。所述压电薄膜的信号由上下夹着的柔性印刷电路板传递，在每个柔性印刷电路板上有对应的电极线路41和导电固连点42。

在工作时，将压电阵列2贴于待测部位(如肘部)。手肘弯曲，带动每个阵列单元3作不同程度的弯曲，每一个上压电薄膜32、下压电薄膜33都会产生一个电压输出，经柔性印刷电路的电极层34，传至多通道信号采集器的测量部12进行同步数据采集，经专用软件分析，对同一组阵列单元作减法，并以不同颜色的方式将电压在电子设备13的显示屏上展示出来，对比之前采集库，得出实际曲率。

从以上描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型的曲率传感器采用夹层式阵列结构，可实现柔性多自由度的自驱动曲率测量，尤其适合于可穿戴系统中。测量精准，使用简便，能够适用于人体可穿戴或者变自由度的测量，信噪比、测量精度高。

请参考图5，图5为本实用新型实施例提供的一种曲率传感系统控制方法的流程图。

本实用新型实施例提供一种曲率传感系统控制方法，应用于如上述任一实施例所述的一种曲率传感系统，包括：

当上压电薄膜、下压电薄膜在受到挤压时，将电压组传输到所述测量部；

所述测量部接收所述排线传输的电压组；利用所述电压组与预设曲率库进行比对，得到所述压电薄膜所处位置的曲率值；将所述曲率值发送到外界设备进行显示；其中，所述预设曲率库存有预设曲率值与预设电压组的对应关系。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims

1.一种曲率传感系统，其特征在于，包括：阵列部、测量部；

2.根据权利要求1所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述排线包括：一个以上对应的弯曲的印刷电路板；

3.根据权利要求1所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述阵列单元中的压电薄膜为极化后的压电薄膜小块规则排布；

4.根据权利要求3所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述导电层涂于所述压电薄膜的中间部，以与所述压电薄膜的边缘部绝缘；

所述压电薄膜，包括上压电薄膜、下压电薄膜。

5.根据权利要求4所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述上压电薄膜、所述下压电薄膜沿着所述导电层对齐；

所述柔性薄膜沿着压电薄膜边缘对齐。

6.根据权利要求1所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述上压电薄膜、所述下压电薄膜的尺寸、形状相同，两者对齐叠加；

7.根据权利要求1所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述多通道测试仪，还用于为所述排线输入的电压组编号，以区分不同的阵列单元。

8.根据权利要求1所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述柔性薄膜为双面带胶，用于将贴于其上的上压电薄膜、下压电薄膜黏附；

所述阵列部由柔性硅橡胶材料封装。

9.根据权利要求1至8任一项所述的曲率传感系统，其特征在于，

所述测量部，还用于对每一组阵列单元所输出的电压信号作减法处理得到电压差值；并将得出的电压差值存储，将不同大小的电压差值通过不同的颜色显示于显示屏幕上。