CN220304473U - 一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，包括传感阵列和信号采集模块；传感阵列包括以4×4阵列式布局的应变传感单元，每列传感单元共用一侧电极，连接列传感单元的银质导电线路沿纵向呈S形布置，每行传感单元共用另一侧电极，连接行传感单元的银质导电线路沿横向呈S形布置；信号采集模块包括采集卡、电位隔离变送器和两个多路复选器；采集卡根据控制指令控制两个多路复选器实现整个传感阵列的遍历测量；多路复选器将传感阵列输出的电压信号发送给电位隔离变送器，电位隔离变送器将多路复选器输出的电阻信号转换为电压信号，采集卡采集电压信号并发送给上位机显示结果，本实用新型使得应变传感器成功应用到扫描电路中。
Description
技术领域
本实用新型属于应变传感器阵列的技术领域，具体涉及一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器。
背景技术
现有的柔性应变传感器利用导电弹性体的压阻效应，通过测量电阻变化转换成相应应变，实现变曲面的测量。现有的应变传感器暂未考虑扫描电路，每个传感节点单独连接采集卡，导致布线拥挤，降低了阵列中传感器的铺设密度。
现有的扫描电路常用在阵列式压力传感器当中，因压力传感特有的上下极板测量结构，可以很容易的避免导线交叉；通过控制两组多路复选器实现每一个传感元件电阻信号得到测量，节约了信号串口数量并提高了传感器铺设密度。
由于应变传感元件普遍较薄，两侧测量电极需铺设在同一平面，应用扫描电路时将会出现导线交叉并短路传感元件，因而需要提出适用于应变传感器的扫描电路阵列布置方案。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，能够使得应变传感器阵列中的传感器铺设密度大幅上升，使得应变传感器可以成功应用到扫描电路中。
实现本实用新型的技术方案如下：
一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，包括传感阵列和信号采集模块；
所述传感阵列包括以4×4阵列式布局的16个传感单元，所述传感单元为以导电聚合物为传感材料的应变传感器；
传感单元行间距与列间距均相等，每列传感单元共用一侧电极，连接列传感单元的银质导电线路沿纵向呈S形曲线布置，每行传感单元共用另一侧电极，连接行传感单元的银质导电线路沿横向呈S形曲线布置；
所述信号采集模块包括采集卡、电位隔离变送器和两个多路复选器；
所述采集卡根据上级计算机的控制指令控制两个多路复选器实现整个传感阵列的遍历测量；多路复选器将传感阵列输出的电压信号发送给电位隔离变送器，电位隔离变送器将多路复选器输出的电阻信号转换为电压信号，采集卡的ADC串口采集所述电压信号并发送给上位计算机进行结果显示。
进一步地，传感单元行间距与列间距均为6.67mm。
进一步地，横向和纵向的银质导电线路通过一层绝缘隔离层来实现线路绝缘隔断，保证横向线路和纵向线路互不影响。
附图说明
图1为阵列型传感器工作原理示意图。
图2为传感阵列示意图。
图3为传感元件示意图。
图4为交叉点分层结构示意图。
图5为AD7502多路复选器工作原理。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
本实用新型提供了一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，如图1所示，包括传感阵列和信号采集模块；
传感阵列如图2所示包括以4×4阵列式布局的16个传感单元，所述传感单元为以导电聚合物为传感材料的应变传感器。
传感单元行间距与列间距均为6.67mm，每列传感单元共用一侧电极，连接列传感单元的银质导电线路沿纵向呈S形曲线布置，每行传感单元共用另一侧电极，连接行传感单元的银质导电线路沿横向呈S形曲线布置；将导线布置为S形曲线能够减小银线路变形导致的电阻变化。横、纵向导电线路终点设置焊盘，用于连接信号采集系统。传感器阵列的有效测量区域面积为4.725cm2，传感器布置密度为3.38/cm2。
传感单元示意图如图3所示，每个单元由聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)传感部分和导电银线路两部分构成，其中，PEDOT:PSS传感部分为2.5mm×1mm的矩形高电阻区域，银线路为线宽0.5mm的低电阻导电线路。
为了解决应变传感阵列产生的线路交叉问题，本实用新型采用如图4所示线路分层打印的方法，加入一层绝缘隔离层来实现线路绝缘隔断，保证横向线路和纵向线路互不影响。
所述信号采集模块包括采集卡、电位隔离变送器和两个多路复选器；
所述采集卡根据上级计算机的控制指令控制两个AD7502多路复选器实现整个传感阵列的遍历测量；AD7502多路复选器的工作原理如图5所示，通过控制输入引脚EN、A0和A1的高低电平，实现输入信号的4选1，两个AD7502多路复选器分别控制横向线路与纵向线路，两侧轮流切换信号通路，便可以实现整个传感器阵列的遍历测量。
在两个多路复选器选定扫描节点后，PEDOT:PSS两端将被接入电位隔离变送器进行信号转换。多路复选器将传感阵列输出的电压信号发送给电位隔离变送器，电位隔离变送器将多路复选器输出的电阻信号转换为电压信号，可以将0-50kΩ的电阻信号转换成0-10V的电压信号。采集卡的ADC串口采集所述电压信号并发送给上位计算机进行显示。
有益效果：
1、与单一节点的PEDOT应变传感器相比，本实用新型中传感器尺寸更小，传感系统具备了更加精确的测量能力。
2、本实用新型实现了PEDOT：PSS应变传感器的阵列化布置，使传感系统具备了不均匀应变的测量，进一步提升了传感系统测量能力。
3、本实用新型通过设置绝缘隔离层解决了应变传感器在应用扫描电路时会出现的导线交叉问题，降低了传感阵列布线难度，提高了应变传感器阵列的铺设密度。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，其特征在于，包括传感阵列和信号采集模块；
所述传感阵列包括以4×4阵列式布局的16个传感单元，所述传感单元为以导电聚合物为传感材料的应变传感器；
传感单元行间距与列间距均相等，每列传感单元共用一侧电极，连接列传感单元的银质导电线路沿纵向呈S形曲线布置，每行传感单元共用另一侧电极，连接行传感单元的银质导电线路沿横向呈S形曲线布置；
所述信号采集模块包括采集卡、电位隔离变送器和两个多路复选器；
所述采集卡根据上级计算机的控制指令控制两个多路复选器实现整个传感阵列的遍历测量；多路复选器将传感阵列输出的电压信号发送给电位隔离变送器，电位隔离变送器将多路复选器输出的电阻信号转换为电压信号，采集卡的ADC串口采集所述电压信号并发送给上位计算机进行结果显示。
2.如权利要求1所述的一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，其特征在于，传感单元行间距与列间距均为6.67mm。
3.如权利要求1所述的一种用于测量变曲面应变的柔性阵列型传感器，其特征在于，横向和纵向的银质导电线路通过一层绝缘隔离层来实现线路绝缘隔断，保证横向线路和纵向线路互不影响。
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