人体皮肤摩擦性能测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于皮肤摩擦性能测试领域，具体涉及一种人体皮肤摩擦性能测试仪。
【背景技术】
[0002] 皮肤位于人体的表面，是人体健康的第一道防线。人体皮肤许多生理功能的实现 都依赖于其力学性能，而皮肤的弹性性能是皮肤力学性能的一个重要参数。因此，人体皮肤 摩擦和弹性性能的研究对于人们保持皮肤健康，提高生活质量具有重要的意义。
[0003] 护肤品和化妆品行业在全球市场发展迅速，应用皮肤的摩擦性能可以对护肤品和 化妆品进行定量地评价。涂在皮肤上的护肤品或化妆品，其功能是向皮肤释放营养和保护 成份，储藏水分，组织皮肤表面水分的蒸发，给皮肤带来光滑和湿润的感觉，同时也使皮肤 的粘度和摩擦力及弹性性能发生了变化。
[0004] 然而，目前的皮肤测试装置大多只能针对人体上肢部位皮肤进行测试，测试部位 的局限性较大，对于脸部额头、脸颊、耳后等部位的测试受到机器的约束，而且测试精度受 传感器的限制，灵敏度不高。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种人体皮肤摩擦性能测试仪，通过对皮 肤测试仪的结构进行改进，实现对人体微小部位，例如额头，脸颊，耳后等部位进行皮肤测 试，而且通过对力敏感元件的改进，提高测量精度。
[0006] 本发明的技术方案是：一种人体皮肤摩擦性能测试仪，包括摩擦性能测试装置，所 述装置包括测试件和传感系统信号处理器，测试件包括摩擦元件和传感器，摩擦元件固定 在传感器的上PCB板上，传感器的下PCB板固定在皮肤摩擦性能测试装置上，传感器采集正 压力和摩擦力并发送给传感系统信号处理器，所述传感器包括X方向差动电容单元组合和 Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括 两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单 元组成的梳齿结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极，所述X 方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算电容传感器的法向 力且消除切向力影响。
[0007] 人体皮肤摩擦性能测试仪，传动装置包括传感器固定件，传感器的下PCB板固定 在传感器固定件上端，传动装置通过传感器固定件使摩擦元件穿过皮肤摩擦测试装置顶端 的矩形孔来回移动，摩擦元件为硅树脂材料。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电 极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位 和右差位S右，b0驱=b0感+5右+S左，其中，b0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b0感为条 状电容单元的感应电极长度。所述差位S左=，且其中d。为条状电容 单元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，为最大应力值。所述两组相互形成差动的 电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位 偏移大小相同、方向相反。所述三角形结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元 一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。所述平行板面积S= M(aQ+a5) *bQ/99 %，其中，M为条状电容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电容单 元的宽度，a5为条状电容单元的电极间距。所述条状电容单元的宽度= 其中，d。为 介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述传感系统信号处理器 和电容单元模块之间设有中间变换器，变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系 数。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线， 相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。
[0008] 本发明有如下积极效果：本发明的皮肤摩擦性能测试装置针对人体上肢部位皮肤 进行测试，测试部位包括脸部额头、脸颊、耳后等部位灵活方便，另外，本发明的传感器灵敏 度高，并且通过驱动电极两端预留差位解决力间耦合，具有较好的动态性能。本发明在电容 传感器测量三维力的基础上，有效使用平板有效面积，并且通过差动等方法有效解决三维 力间耦合，从而使法向与切向转换都达到较高的线性、精度与灵敏度。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元及其坐标系。
[0010] 图2是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元示意图。
[0011] 图3是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图。
[0012] 图4是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图。
[0013]图5是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元对的初始错位图。
[0014] 图6是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元对受力后偏移图。
[0015] 图7是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器结构图。
[0016] 图8是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器驱动电极结构图。
[0017] 图9是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器感应电极结构图。
[0018] 图10是本发明的【具体实施方式】的通过相同传递系数K实现输出响应求和。
[0019] 图11是本发明的【具体实施方式】的单元电容对的信号差动示意图。
[0020] 图12为本发明【具体实施方式】的皮肤摩擦性能测试装置。
[0021] 图13为本发明【具体实施方式】的皮肤摩擦性能测试装置的俯视图。
[0022] 其中，1摩擦元件、2传感器、3上盖、4传感器固定件、5行程开关、6档块、7滑槽、8 螺纹传动结构、9电机、10数据采集卡、11外壁。
【具体实施方式】
[0023] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0024] 本发明的主要思路是：皮肤使用过化妆品后，与皮肤感觉"油腻的程度"刚好成反 比。也即，皮肤摩擦系数升的越高，皮肤越感觉不油腻。因为化妆品向皮肤释放营养和保护 成份，储藏水分，阻值皮肤表面水分的蒸发，利用化妆品和润肤剂的水合作用导致的摩擦力 的变化与皮肤感觉的关系，可以对化妆品和护肤品的品质进行评定。
[0025] 如图12为本发明的皮肤摩擦试验装置，皮肤摩擦试验装置主要包括测试件、传动 装置和传感系统信号处理器，测试件主要由摩擦元件1和传感器2组成，摩擦元件1为硅树 脂材料制成，传感器2包括上下PCB板，摩擦元件1为半球形，切面与传感器2的上PCB板固 定。传动装置主要由电机9、螺纹传动机构、滑槽7、传感器固定件4和行程开关5组成，传 感器2的下PCB板固定在传感器固定件4上。传感器固定件4的上端穿过实验装置上盖3 上的矩形通孔，下端卡合在滑槽7内，可以沿滑槽7滑动，滑槽7的两端设有行程开关5,可 以通过设置在传感器固定件4下端的档块6的长度来调节其在滑槽7上的行程。传感器固 定件4与螺纹传动结构8连接，螺纹传动结构8连接电机9,电机9通过螺纹传动结构8使 传感器固定件4在滑槽7上滑动。传感器2的连接数据采集卡10将采集的信号传递给数据 采集卡10。摩擦元件1的往复运动通过行程开关5来实现，往复运动的距离为0~20mm， 往复运动速度变化范围为0. 2~1.Omm/s。
[0026] 具体的，摩擦元件1的上端面高出皮肤摩擦试验装置的外壁11，在皮肤摩擦测试 的过程中，先利用实验装置凸出的外壁11压紧测试部位皮肤，保持静止不动，可以使摩擦 元件1与测试皮肤之间保持恒定的压力，通过调节传感器固定件4的高度可以调节压力的 大小。
[0027] 本发明传感器包括X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X 方向差动电容单元组合通过电容值相减计算X方向的切向力且消除Y方向切向力影响，所 述Y方向差动电容单元组合通过电容值相减计算Y方向的切向力且消除X方向切向力影 响，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算电容传感 器的法向力且消除切向力影响。所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合 均包括两个以