阅读说明：本技术 手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置及方法 (Hand-held type thin film force-sensitive resistance sensor calibration device and method ) 是由 蔡萍 胡权 杨国源 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：一种手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置及方法,包括：底座和与之转动连接的横梁,横梁的一端与底座的一端之间设有内置待测薄膜力敏电阻传感器的夹紧座和高精度力传感器,另一端通过滚花高头螺钉与底座的另一端相连以构成钳式结构。本发明采用钳式结构,适合手持操作,能够方便高效地对薄膜力敏电阻传感器进行标定。并且通过更换夹紧座使得该标定装置能够探究剪切力和挠度对于薄膜力敏电阻传感器标定的影响。(A handheld thin film force-sensitive resistance sensor calibration device and method comprises: the clamp comprises a base and a cross beam rotationally connected with the base, wherein a clamping seat and a high-precision force sensor which are internally provided with a film force-sensitive resistance sensor to be detected are arranged between one end of the cross beam and one end of the base, and the other end of the cross beam is connected with the other end of the base through a knurled high-head screw to form a clamp type structure. The invention adopts a pincer type structure, is suitable for handheld operation, and can conveniently and efficiently calibrate the thin film force-sensitive resistance sensor. And the influence of the shearing force and the deflection on the calibration of the film force-sensitive resistance sensor can be explored by replacing the clamping seat.)

手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种传感器检测领域的技术，具体是一种手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置。

背景技术

近年来，薄膜力敏电阻传感器凭借其体积小、质量轻和柔韧性好的特点广泛被应用于生物力学测量领域。基于薄膜力敏电阻传感器的足底压力鞋垫长期监测下肢患者的步态数据，对于科学指导患者康复具有重要的意义。薄膜力敏电阻传感器长期使用过程中，需要定期标定维护以保证其正常工作。

薄膜力敏电阻传感器标定具有以下两方面要求：1)标定台产生的力充分且均匀地施加在薄膜力敏电阻传感器的敏感单元上，这就要求标定台的施力面与传感器敏感单元形状一致，且两者同轴心；2)薄膜力敏电阻传感器具有黏弹特性，加载之前需要对薄膜力敏电阻传感器充分卸载并静置一段时间，因此要求标定台的结构适合反复加载和卸载。

现有技术中用于薄膜力敏电阻传感器标定的方案是标准砝码或气、液压加载。标准砝码方案无论是向上堆叠式还是悬挂式都难以保证施力方向垂直于薄膜力敏电阻传感器的敏感单元，敏感单元受力不均匀而导致膜力敏电阻传感器重复性差。气、液压标定方案虽然能保证受力均匀性，但因其设备庞大和仪器操作难度较高，标定效率低下。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置及方法，采用钳式结构，适合手持操作，能够方便高效地对薄膜力敏电阻传感器进行标定。并且通过更换夹紧座使得该标定装置能够探究剪切力和挠度对于薄膜力敏电阻传感器标定的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置，包括：底座和与之转动连接的横梁，横梁的一端与底座的一端之间设有内置待测薄膜力敏电阻传感器的夹紧座和高精度力传感器，另一端通过滚花高头螺钉与底座的另一端相连以构成钳式结构。

所述的转动连接，通过设置于底座和横梁的中部的双头螺柱和法兰面锁紧螺母实现。

所述的夹紧座与横梁的一端通过法兰面锁紧螺母和沉头螺钉实现连接，具体为：横梁的一端设有凹槽，所述的夹紧座上部分***该凹槽中并通过沉头螺钉和法兰面锁紧螺母固定，夹紧座上部分绕螺钉旋转以调整夹紧力施力方向。

所述的夹紧座为垂直夹紧座、倾斜夹紧座或曲面夹紧座，分别工作在垂直力标定实验、探究剪切力对标定试验的影响实验、探究挠度对标定实验的影响实验三个不同场景下，夹紧座下表面与高精度力传感器相接触并通过双头螺柱固定，两者同轴且无相对运动。

所述的夹紧座包括上半台、相对设置的下半台以及设置于其间的薄膜力敏电阻传感器。

所述的垂直夹紧座的上半台的底面设有用于避免横向力干扰的球头。

所述的夹紧座中间设有两片硅胶垫片用于覆盖待标定的薄膜力敏电阻单元，该硅胶垫片形状与薄膜力敏电阻单元形状匹配且面积略大于薄膜力敏电阻单元。

所述的高精度力传感器与底座通过沉头螺钉固定连接。

所述的高精度力传感器为：S型电阻应变式高精度力传感器，综合误差小于千分之一。

本发明涉及上述手持式薄膜力敏电阻传感器标定装置的标定方法，针对垂直力、剪切力或挠度对标定的影响分别采用对应的夹紧座，在薄膜力敏电阻传感器的量程范围内均匀选取若干点作为标定点。选定标定点后拧紧滚花高头螺钉并观察高精度力传感器读数使其分别保持标定点对应力上，待薄膜力敏电阻传感器输出阻值稳定后依次记录读数，最后通过最小二乘拟合得到线性标定曲线。

技术效果

本发明整体解决了薄膜力敏电阻传感器快速高效标定的技术问题。

与现有技术相比，本发明通过便携式结构设计实现标定不受实验场所限制，通过钳式结构适合手持操作，通过可替换夹紧座可以进行常规的垂直力标定或探究剪切力和挠度对标定结果的影响，通过可旋转式夹紧座设计，有利于保证力均匀施加在薄膜力敏电阻传感器上。

附图说明

图1为本发明正视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明右视图；

图4为本发明左视图；

图5为垂直夹紧座的结构示意图；

图6为倾斜夹紧座的结构示意图；

图7为曲面夹紧座的结构示意图；

图中：底座1、横梁2、一滚花高头螺钉3、两个双头螺柱4、5、法兰面锁紧螺母6～8、沉头螺钉9、10、已标定高精度力传感器11、垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13、曲面夹紧座14、硅胶垫片15、16、薄膜力敏电阻传感器17。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及一种便携式薄膜力敏电阻传感器标定装置，包括：底座1、横梁2、滚花高头螺钉3、两个双头螺柱4、5、三个法兰面锁紧螺母6～8、两个沉头螺钉9和10、已标定高精度力传感器11、垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13、曲面夹紧座14、两个硅胶垫片15、16。

所述的横梁2的中部通过双头螺柱4、法兰面锁紧螺母6和7与底座1连接在一起，使得横梁2绕着双头螺柱4旋转。

所述的横梁2的一端通过自锁螺纹与滚花高头螺钉3相连，另一端通过沉头螺钉9和法兰面锁紧螺母8与垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13或曲面夹紧座14的上半部分相连。标定时通过顺时针拧紧滚花高头螺钉3上抬横梁2的一端使得垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13或曲面夹紧座14的上下两部分挤压硅胶垫片15和16而对薄膜力敏电阻传感器17施加标定所需的力。

所述的垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13或曲面夹紧座14的下半部分通过双头螺柱5和已标定的高精度力传感器11上端连接在一起，该高精度力传感器11下端通过沉头螺钉10与底座固定在一起。标定时垂直夹紧座12、倾斜夹紧座13或曲面夹紧座14的上半部分使得其夹紧力通过薄膜力敏电阻传感器17的中心，且垂直于高精度力传感器11。此时高精度力传感器11的读数即为薄膜力敏电阻传感器17受到的总压力。

所述的横梁2的中部通过双头螺柱4、法兰面锁紧螺母6和7与底座1连接在一起，使得横梁2绕着双头螺柱4旋转，和传统的竖直加载方式相比，此结构可以减小设备体积，符合便携式设计理念、

所述的垂直夹紧座12的顶部可绕所述横梁2转动以保证从横梁上传递下来的夹紧力始终垂直于受力面；其夹紧接触面设有直径为3mm的半圆球头用于消除剪切力影响。

所述的倾斜夹紧座13夹紧面与地面呈10°夹角，竖直力可分解为垂直于斜面和沿斜面两个方向，可用于探究剪切力对标定实验的影响。

所述的曲面夹紧座14上表面圆顶内凹，下表面圆顶突起，可用于探究挠度对标定结果的影响实验。

本实施例涉及上述装置的标定方法，具体包括：

步骤1、确定工作场景，选定夹紧座。若为标定过程中的垂直力因素测定则选用垂直夹紧座12，并组装标定装置。

当为标定过程中的剪切力因素测定则选用倾斜夹紧座13；

当为标定过程中的挠度因素测定，即通过曲面夹紧座带有曲面圆顶，将薄膜力敏传感器17放置在曲面圆顶上，受力面不是水平的，所以可以探究挠度的影响。

步骤2、逆时针旋转松开滚花高头螺钉3使得垂直夹紧座12上下部分能够分离。

步骤3、将薄膜力敏电阻传感器静置(不施加载荷)2分钟。

步骤4、在垂直夹紧座12之间放入硅胶垫片15和16，在硅胶垫片15和16之间放入薄膜力敏电阻传感器。

步骤5、调整在垂直夹紧座12上半部分的位置，使得垂直夹紧座12、硅胶垫片15和16、薄膜力敏电阻传感器、高精度力传感器11同轴对齐。

步骤6、完成上述安装后开始传感器标定，在传感器量程范围内均匀选取10-15个点作为标定点。选定标定点后顺时针拧紧滚花高头螺钉3观察高精度力传感器11读数使其分别保持在这些点对应力上，等待薄膜力敏电阻传感器输出阻值稳定(通常需要1分钟时间)后依次记录读数。

步骤7、通过最小二乘拟合得到一条线性标定曲线。

本装置标定装置便携小巧，对实验环境依赖低；采用钳式结构适合手持操作，提高标定效率；可替换夹紧座设计，不仅进行常规的垂直力标定，还可探究剪切力和挠度对于定结果的影响；可旋转式夹紧座设计，有利于保证力均匀施加在薄膜力敏电阻传感器上。

综上，本装置使得标定效率大大提高，通常20分钟可完成一次标定。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。