专利名称：温度触觉再现装置的接触温度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置，该装置可以测量出手指接触实物和温度触觉再现装置时接触面温度变化过程，并且不影响实验者的实际温度触觉感知体验，属于测量技术领域。
背景技术：
随着科技的飞速发展，各种温度触觉再现装置层出不穷。为保证接触温度再现的精度，需要准确测量接触温度，且不影响实验者真实的感知体验。现有的温度测量方法很多，按测量方式通常可以分为接触式和非接触式两种。接触式测温法的特点是测温元件直接接触被测对象，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值与被测对象的温度值存在一种确定的函数关系。这种测温方法优点是直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等也会带来测量误差；非接触测温法的特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过辐射进行热交换，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，便于测量运动物体的温度或快速变化的温度。但由于受到物体的发射率、被测对象到测量装置之间的距离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，这种测温方法的测温误差波动较大，且难标定。如果将通用的温度传感器置于温度触觉再现装置接触面上测量温度变化，这会带来不必要的热阻和热容，且会强烈影响到实验者的真实感知体验。而另一方面，非接触式的测温方法则无法隔着手指或温度触觉再现装置准确地测量到两者之间的接触温度。
实用新型内容本实用新型提供一种抗干扰能力强的温度触觉再现装置的接触温度测量装置。本实用新型采用如下技术方案本实用新型所述的一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置，包括指套，在指套上设有接触孔，在接触孔内设有热电阻且热电阻连接于指套，所述热电阻是由单根漆包钼丝绕成的内有中心圆环的六角星形结构，单根漆包钼丝的一端连接有2根作为引出线的银丝，单根漆包钼丝的另一端连接有1根作为引出线的银丝。本实用新型所述的一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置的制备方法，步骤如下步骤1取一固定座、指套和一根漆包钼丝，所述固定座包括外环，在外环内连接有第一内环、第二内环、第三内环、第四内环、第五内环和第六内环，且第一内环、第二内环、 第三内环、第四内环、第五内环和第六内环在外环内呈现均勻分布，在所述指套上开设接触孔；步骤2将漆包钼丝打结，形成中心圆环，再将漆包钼丝的一端置于第一内环内，将漆包钼丝的另一端穿过第二内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第一次穿过中心圆环，此后，将漆包钼丝的另一端穿过第三内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第二次穿过中心圆环，以此类推，直至将漆包钼丝的另一端穿过第六内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第五次穿过中心圆环；步骤3将第五次穿过中心圆环的漆包钼丝的另一端置于第一内环内；步骤4将固定座置于指套的接触孔内，并将固定座的外环连接到指套的接触孔上。本实用新型装置的工作原理本实用新型提出了一种新的热电阻的结构设计，为尽量减小热电阻对手指和温度发生器之间热传递的影响，把热电阻设计成一种内有中心圆环的六角星形结构，从而可以准确测量手指和温度发生器的实际接触温度，且不影响实验者的触觉真实感。常用的热电阻有两种钼电阻和铜电阻。钼是目前公认的制造热电阻最好的材料， 钼热电阻是目前测温重复性最好的一种温度传感器，其性能稳定，且其测量精度高，测量范围为-200°C 850°C。在氧化性介质中，甚至在高温下，钼的物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化，可用作标准温度计和高精度温度测量。铜热电阻测量范围通常为-50°C 150°C，主要应用于精度要求不高且温度较低的场合。很关键的一点，与铜相比，钼的电阻率相对较高，同一阻值下其电阻体积较小，对实验者的触摸感影响就较小。 本实用新型选用钼电阻丝，其电阻值与温度之间的关系如下当-200°C彡t 彡 0°C时，R(t) = R0[l+At+Bt2+C(t-100)t3]当0°C彡 t 彡 850°C时，R(t) = R0[l+At+Bt2]其中，自变量t为温度值，R(t)为钼热电阻在t°C的阻值，Rtl为钼热电阻在25°C的阻值，常量 A = 3. 9083*1(T3°C、常量 B = -5. 775*10"°C _2，常量 C = -4. 27350*10_12°C _4。手指和温度复现装置间的实际接触面积因个体而变，通常约是直径IOmm的圆形。 钼热电阻结构的面积应小于该接触面，故钼热电阻结构设计在直径为9mm的圆形内。本专利设计的钼热电阻的结构如图1所示，钼丝总长度约为5118mm，最后用直径为Imm的银丝做引出线接入电路。钼丝直径越小，需要的长度就越短，从而钼热电阻体积和质量就越小， 其热容也就越小，进而对手指和温度复现装置之间的热传递影响就越小。为此选用直径为 0. 05mm的钼丝(没涂绝缘漆之前)，可计算出25°C钼热电阻的阻值R0 = 2. 7644 Ω，为防止短路须在钼丝上涂上绝缘漆。指套和热电阻固定座的设计须方便实验者手指操作，在测量手指与温度触觉再现装置之间接触温度的同时又不影响实验者的真实温度触觉感知体验。热电阻固定座用于将钼电阻丝结构体固定在指套上，并具有绝热性能，尽量减小周围环境对温度测量的影响， 可由聚四氟乙烯材料或陶瓷材料制作。指套可用橡胶材料制成，具有不易导热，质地软等特点，满足手指灵活弯曲的要求。钼热电阻采用电桥电路测量，并使用三线制连接法接入电路，三根线从指套上方的引线口引出，再接入外围电路。外围电路包括公知测量桥路、信号调理电路以及带有AD 转换的控制芯片。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于现有温度测量装置有接触式和非接触式两种。接触式测温方式一般在手指与温度
4复现装置之间放置一个温度传感器(如热敏电阻)来测量接触温度变化，但是这个温度传感器势必会影响手指和温度发生器之间的热传导，从而影响实验者的感知体验。如果将温度传感器放置在手指与温度发生器接触面周围，由于温度场的不均勻性，所测量的接触温度与实际存在偏差。而对于非接触式测温，如采用红外温度传感器，只能测量到偏离手指和温度发生器接触面的其它位置，所以测得的温度并非手指感觉到的真实温度，依然与实际接触温度存在偏差。基于以上不足，本实用新型提出一种测量装置及方法，能够准确地测量手指和温度复现装置的实际接触温度，且不影响实验者真实的感知体验。1.钼热电阻是由单根漆包钼丝绕成的内有中心圆环的六角星形结构，热容小，精度高。一方面不影响手指和温度复现装置的热传递过程，可以准确测量手指和温度发生器的实际接触温度；另一方面手指和温度复现装置充分接触，可以给实验者带来真实温度体验。2.固定座设计成外环和六个内环的结构，一方面可以使钼丝构成内有中心圆环的六角星形结构，另一方面又可以将钼热电阻固定在指套上。3.该装置可用于测量手指与温度触觉再现装置之间的接触温度，同时给实验者带来真实的温度感知体验。
图1是本实用新型中的钼热电阻与固定座的连接图；图2是本实用新型中的指套结构；图3是本实用新型中的信号处理流程框图。图4a、图4b、图4c、图4(1、图如是本实用新型所述钼热电阻制备方法的流程图。
具体实施方式
一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置，包括指套1，在指套1上设有接触孔，在接触孔内设有热电阻2且热电阻2连接于指套1，所述热电阻2是由单根漆包钼丝绕成的内有中心圆环的六角星形结构，单根漆包钼丝的一端连接有2根作为引出线的银丝， 单根漆包钼丝的另一端连接有1根作为引出线的银丝。在本实施例中，在接触孔内设有固定座3，所述热电阻2通过固定座3与指套1连接，所述固定座3包括外环37，在外环37内连接有第一内环31、第二内环32、第三内环33、第四内环34、第五内环35和第六内环36， 且第一内环31、第二内环32、第三内环33、第四内环34、第五内环35和第六内环36在外环 37内呈现均勻分布，所述六角星形结构中的每个角分别挂在第一内环31、第二内环32、第三内环33、第四内环34、第五内环35和第六内环36上；漆包钼丝的直径为0. 05mm,长度为 5118mm。本实用新型按以下制备参照图4a、图4b、图4c、图4d、图4e，采用包括a、b、c、d、e五步制备，具体步骤如下步骤1取一固定座3、指套1和一根漆包钼丝，所述固定座3包括外环37，在外环 37内连接有第一内环31、第二内环32、第三内环33、第四内环34、第五内环35和第六内环 36，且第一内环31、第二内环32、第三内环33、第四内环34、第五内环35和第六内环36在外环37内呈现均勻分布，在所述指套1上开设接触孔；步骤2将漆包钼丝打结，形成中心圆环21，再将漆包钼丝的一端置于第一内环31 内，将漆包钼丝的另一端穿过第二内环32并返回至中心圆环，再将所述另一端第一次穿过中心圆环，此后，将漆包钼丝的另一端穿过第三内环33并返回至中心圆环，再将所述另一端第二次穿过中心圆环，以此类推，直至将漆包钼丝的另一端穿过第六内环36并返回至中心圆环，再将所述另一端第五次穿过中心圆环；步骤3将第五次穿过中心圆环的漆包钼丝的另一端置于第一内环31内；步骤4将固定座3置于指套1的接触孔内，并将固定座3的外环37连接于指套1 的接触孔上。在本实施例中，分别对漆包钼丝的另一端穿过中心圆环时与中心圆环所形成的交叉点的位置进行调整，使得交叉点以及漆包钼丝打结形成的结点均勻地分布于中心圆环上。下面参照附图，对本实用新型的具体内容作出更为详细的说明参见图1，为本实用新型中的钼热电阻2与固定座3的连接图，其中钼热电阻2由一根长度为51. 18mm、直径为0. 05mm的钼丝(没涂绝缘漆之前)所绕成。实现过程先在漆包钼丝上打一个圆形结，直径为2mm，形成中心圆环21，再将钼丝的一端置于第一内环31 内，将漆包钼丝的另一端穿过第二内环32并返回至中心圆环，再将所述另一端第一次穿过中心圆环，此后，将漆包钼丝的另一端穿过第三内环33并返回至中心圆环，再将所述另一端第二次穿过中心圆环，以此类推，直至将漆包钼丝的另一端穿过第六内环36并返回至中心圆环，再将所述另一端第五次穿过中心圆环，最后将第五次穿过中心圆环的漆包钼丝的另一端置于第一内环31内，形成一个内有中心圆环的六角星形结构，每个尖角的边长为 3. 69mm，置于第一内环31内的首尾两端为钼热电阻2的两个接线端。参见图2，为本实用新型中的指套1结构，其中A为三根银丝引线，B为指套上的引线口，C为指套上的弹性带。指套1为橡胶制品，固定座3的外环37用于和指套相连，使热电阻2固定在指套1上，指套1上端的弹性带C用来固定手指D和指套1。参见图3，为本实用新型中的信号处理流程框图，其中D为手指，E为温度复现装置。钼热电阻2采用三线制接入桥路，三根导线截面积和长度均相等，以减小导线电阻带来的附加误差。测量电路使用不平衡电桥，钼热电阻2作为电桥的一个桥臂电阻，其余两根分别接到钼热电阻2所在的桥臂和与其相邻的桥臂上。桥路输出电压经放大器放大后，送入自身具有10位逐次逼近型A/D转换功能的ATmegaie单片机中，经运算后得到钼热电阻 2的当前阻值，再由钼丝电阻值与温度的关系式计算出当前温度值，并在液晶显示器上实时显示出来，同时上传给上位机。这样，将整个温度触觉感知实验过程中手指与温度复现装置之间或与实物之间接触温度完整测量并记录下来。参见图4a、图4b、图4c、图4d、图4e，为本实用新型所述钼热电阻2制备方法的流程图，其中a图为漆包钼丝打结形成中心圆环21，直径为2mm ；b图为将漆包钼丝的一端置于第一内环内，将漆包钼丝的另一端穿过第二内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第一次穿过中心圆环后形成的结构；c图为将漆包钼丝的另一端穿过第三内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第二次穿过中心圆环后形成的结构；d图为以此类推，直至将漆包钼丝的另一端穿过第六内环并返回至中心圆环，再将所述另一端第五次穿过中心圆环，最后将第五次穿过中心圆环的漆包钼丝的另一端置于第一内环内形成的结构；e图为将漆包钼丝的另一端穿过中心圆环时与中心圆环所形成的交叉点的位置进行调整，使得交叉点以及漆包铂丝打结形成的结点均匀地分布于中心圆环上后形成的结构。
权利要求1.一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置，包括指套(1)，其特征在于，在指套(1)上设有接触孔，在接触孔内设有热电阻(2)且热电阻(2)连接于指套(1)，所述热电阻(2)是由单根漆包钼丝绕成的内有中心圆环的六角星形结构，单根漆包钼丝的一端连接有2 根作为引出线的银丝，单根漆包钼丝的另一端连接有1根作为引出线的银丝。
2.根据权利要求1所述的温度触觉再现装置的接触温度测量装置，其特征在于，在接触孔内设有固定座(3)，所述热电阻(2)通过固定座(3)与指套(1)连接，所述固定座(3)包括外环(37)，在外环(37)内连接有第一内环(31)、第二内环(32)、第三内环(33)、第四内环 (；34)、第五内环(35)和第六内环(36)，且第一内环(31)、第二内环(32)、第三内环(33)、第四内环(34)、第五内环(35)和第六内环(36)在外环(37)内呈现均勻分布，所述六角星形结构中的每个角分别挂在第一内环(31)、第二内环(32)、第三内环(33)、第四内环(34)、第五内环(35)和第六内环(36)上。
3.根据权利要求1或2所述的温度触觉再现装置的接触温度测量装置，其特征在于，漆包钼丝的直径为0. 05mm，长度为51. 18mm。
专利摘要一种温度触觉再现装置的接触温度测量装置，包括指套，在指套上设有接触孔，在接触孔内设有热电阻且热电阻连接于指套，所述热电阻是由单根漆包铂丝绕成的内有中心圆环的六角星形结构，单根漆包铂丝的一端连接有2根作为引出线的银丝，单根漆包铂丝的另一端连接有1根作为引出线的银丝。
文档编号A61B5/01GK202235328SQ20112032728
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者吴剑锋, 李建清, 陈从颜, 顾小亮 申请人:东南大学