本发明属于柔性传感器的检测技术领域，具体涉及一种柔性传感器的变形检测装置及方法。
背景技术：
近年来，柔性电子技术正在飞速地应用于信息、能源、医疗和国防等领域。据预测，柔性电子产品的市场将会从2016年的265亿美金增加到2026年的690亿美金。作为柔性电子技术中的重要组成部分，柔性传感器是近年来科学研究中的热门领域。在功能上，柔性传感器使用了极薄的压电材料、半导体材料、有机材料和金属材料，实现了植入式或可穿戴的人体健康检测、汽车电子和机器人传感器等方面的应用。在光电传感器领域，柔性电子技术也有着大量的应用，然而绝大多数的柔性光电传感器并不具备延展性，无法顺应地覆盖任何复杂的曲面。实现任意复杂曲面的集成还需要依靠柔性可延展的光电传感器。柔性可延展电子器件为新一代半导体器件的发展提供了新方向。柔性可延展电子器件具有许多重要的和新兴的应用,如柔性显示器、半球形电子眼数码相机、智能外科手套、健康监测设备和柔性太阳能电池。
柔性光电传感器使用了可延展的金属导线将不同测量单元连接成复杂的网状结构。这些柔性光电传感器阵列在刚性平面基底上完成加工，通过转印的方法转移到平面柔性基底上。基底通过机械变形，如使用液体填充改变基底的曲率或使用预拉伸的方法将拉伸平面的曲面释放获得原有曲面形式。曲面柔性可延展传感器加工取得了显著的进展，相应的检测技术也急需同步发展。然而现有检测技术，在从整体和细节上，均不易检测柔性可延展传感器在不同压力下条件下形变情况，无法有效地检测柔性可延展传感器变形情况，因此提供一种柔性可延展传感器的形变检测装置及方法，很有必要。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种柔性传感器的变形检测装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性传感器的变形检测装置，包括：
压力控制系统，包括压力控制器及微泵，安装在样品池与储液器的液体输送管路中；样品池上方有由柔性传感器与可延展基膜构成的可延展复合薄膜的安装口；
二维移动系统，包括用于放置样品池的二维载物台以及使二维载物台移动的步进电机；
显微成像测量系统，包括可垂直升降调节的显微镜头，安装在样品池正上方，并与数据处理系统相连接；
数据处理系统，用于根据二维载物平台及显微镜头的位移数据，输出可延展复合薄膜在不同压力情况下不同位置的轮廓曲线及曲线的曲率，获得曲线与压力的关系。
所述显微镜头连接微距调节器，所述微距调节器连接数据处理系统。
所述数据处理系统为图像处理计算机。
所述步进电机连接步进电机控制器，所述步进电机控制器连接所述图像处理计算机。
所述微泵连接微泵控制器。
本发明的目的还在于提供所述柔性传感器的变形检测装置的检测方法，包括以下步骤：
S1：安装二维载物台，调整底座水平高度，使二维载物台保持水平；
S2：选取需要进行测试的柔性传感器，贴合于柔性可延展基膜上形成可延展复合薄膜；
S3：连通储液池和微泵，再连接压力控制器，最后连接样品池，储液池、微泵，压力控制器与样品池中间用液体输送管连接，并把储液池中的液体输送进样品池，保证整个过程密封性好；
S4：将被测的可延展复合薄膜安装到样品池上膜安装口，通过压力控制器使可延展复合薄膜两侧压力大小相等；
S5：安装样品池到二维载物台上；
S6：接通步进电机控制器和步进电机，并连接步进电机到二维载物台并通过电机手轮，或者步进电机控制器调节二维载物台到初始位置；
S7：安装显微镜头连接到微距调节器，再连接微距调节器到数据处理系统，调节显微镜头的焦距，再通过微距调节器调节显微镜头高度使显微镜头能够观察到可延展复合薄膜清晰的像，取此时显微镜头高度为基准零点；
S8：连接步进电机控制器和数据处理系统，使步进电机控制器可正常返回步进电机位移数据给数据处理系统；
S9：通过压力控制器增大可延展复合薄膜内侧压力，使可延展复合薄膜凸起一定高度，记录下压力大小；
S10；调节微距调节器，使显微镜头重新观察到薄膜清晰的像，记录下镜头可观察到清晰像时的上极限位置、下极限位置，取上极限位置、下极限位置的中值为测量值；
S11：通过步进电机控制器控制二维载物台移动，改变可延展复合薄膜的空间位置，先保持一维方向不变，再按每次前进1毫米改变另一维的位置，重复S8，记录下此时观察点相对于初始位置的坐标；
S12：通过数据处理系统对数据处理，描绘出不同压力情况下，不同位置的轮廓曲线，并求出曲线的曲率。
本发明通过将二维载物台和显微镜头竖直移动结合在一起，基于二维载物台二维移动，配合竖直移动的显微镜头扫描薄膜外形轮廓，由微泵与压力控制器线性改变并稳定保持可延展复合薄膜受到的压力，实现了从整体和细节上可观察柔性可延展复合薄膜的变形情况，从而给出被观测点的相应空间坐标，最终由数据处理系统处理得到柔性可延展复合薄膜在不同压力下的轮廓曲线及曲率半径，解决了现有技术不能从整体和细节上检测柔性可延展传感器在不同压力下形变情况的不足。
附图说明
图1是本发明的柔性传感器的变形检测装置的结构示意图；
图中：1-储液池；2-微泵；3-压力控制器；4-样品池；5-液体输送管；6-显微镜头；7-数据处理系统；8-微距调节器；9-二维载物台；10-步进电机控制器；11-步进电机；12-手轮；13-可延展基膜；14-柔性传感器。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图1所示，一种柔性传感器的变形检测装置，包括：
所述压力控制系统包括压力控制器3，压力控制器3的出液口与样品池4的入液口通过输液管相连接，所述压力控制器3的进液口通过管路连接微泵2的出液口，微泵2的进液口通过液体输送管5连接储液器1的出液口；所述样品池4的上方的膜安装口设有可延展基膜13，所述可延展基膜13的上表面贴有被测的柔性传感器14；
所述二维移动系统包括二维载物台9以及步进电机11，所述样器池4放置在所述二维载物台9上，步进电机11控制二维载物台9进行二维移动；
所述显微成像测量系统包括可垂直升降调节的显微镜头6，安装在样品池6的正上方，所述显微镜头6与数据处理系统7相连接，可将观察到的由柔性传感器及可延展基膜形成的可延展复合薄膜的图像传送到所述数据处理系统7；
数据处理系统，用于根据二维载物平台及显微镜头的位移数据，输出可延展复合薄膜在不同压力情况下不同位置的轮廓曲线及曲线的曲率，获得曲线与压力的关系。
需要说明的是，本发明中，所述显微镜头6可以是通过连接杆安装在一个微距调节器8上，用于调节所述显微镜头6的垂直位置，所述微距调节器8安装在一个支撑装置上，并与数据处理系统7相连接，微距调节器8可返回给显微镜头6的位移调节参数给数据处理系统7。
所述微距调节器8可以采用现有技术中的微距调节装置来实现。
本发明中，所述微泵用于改变样品池4内液体的压力使样品池上的可延展复合薄膜不同程度的形变，如凸起或下凹；所述压力控制器3，主要是通过控制流体的压力使样品池4的膜安装口上的可延展复合薄膜在设定压力范围内的线性变化以及在某一特定曲率状态下的稳定保持。
所述压力控制器3可以采用现有压力控制装置，如膜片式压力控制器。
被测的柔性传感器及柔性可延展基膜在样品池上受到内部液体压力和外界大气压力的共同作用下，实现不同曲率程度的上凸和下凹形变。压力控制器实现样品池中液体压力的精确控制，确保被测可延展复合薄膜的曲率能够实现设定范围内的线性变化以及在某一特定曲率状态下的稳定保持。
进一步的，本发明中，所述步进电机11连接步进电机控制器10，所述计算机7连接步进电机控制器10，所述步进电机控制器10用于控制步进电机11转动以使二维载物台9二维移动到初始位置或其它位置，步进电机控制器10可将步进电机控制器10的位移参数数据传送到数据处理系统7，数据处理系统7可接收步进电机控制器10传送来的控制步进电机11的位移参数数据并存储。
所述的步进电机11具有电机手轮12，可以用于手动调节调节载物台9到初始位置。
本发明中，所述数据处理系统7可以是一个图像处理计算机装置。
其中，所述图像处理计算机连接所述微距调节器，控制所述微距调节器动作。
所述步进电机连接步进电机控制器，所述步进电机控制器连接所述图像处理计算机。
所述微泵连接微泵控制器。其中，所述微泵控制器可以是一台计算机来实现控制。
本发明中，所述显微成像系统通过与二维载物平台联合，实现三维扫描的方式，逐点观察可延展复合薄膜上某特定微小区域的形变情况，通过二维载物平台的移动以及显微物镜头移动过的坐标值可得到相应的图像坐标点，从而实现对于可延展复合薄膜曲面形变坐标特征的整体精确测量，能够确定形变后可延展复合薄膜上可延展材料任意特征点空间相对坐标位置，利用样条差值方法，就可获得可延展复合薄膜被测特征点间的曲线公式，进而计算可得被测可延展材料的形状变化及曲率特征。
本发明中，将被测的柔性传感器以及可延展基膜安装到样品池膜安装孔上方，通过微泵可改变样品池内压力，实现可延展复合薄膜上凸、下凹变形，压力控制器可精确控制样品池内压力，确保被测可延展复合薄膜的曲率实现设定范围内线性变化以及在某特定曲率状态下的稳定保持。
利用二维载物平台可实现被测对象在水平面内任意移动，配合显微镜头上下移动，可清晰定位形变后可延展复合薄膜任意位置，进而通过二维载物平台和显微镜头的移动距离，确定被测可延展复合薄膜的相对空间坐标，最后通过图像处理计算机处理得到可延展复合薄膜在不同压力条件下的轮廓曲线，进而求得可延展薄膜任一点曲率，获得变形后可延展薄膜曲率的非线性状态以及整体曲率和压力的对应关系。
本发明中，在调节显微镜头6与可延展复合薄膜的距离时，通过使用调节微距调节器8，就可以精确控制显微镜头6的高度，使显微镜头6观察到可延展复合薄膜清晰的像。通过定位可延展复合薄膜上任意两点空间相对坐标，进而通过该任意两点空间相对坐标可以得到可延展复合薄膜轮廓曲线。
需要说明的是，从显微镜头6中观察到可延展复合薄膜的清晰像时，镜头高度有一取值范围，具体测试时取测量值为此取值范围的中间值，这样做可以降低测量误差。
其中，显微镜头6正常工作时，微距调节器8调节好镜头高度后，会传输给数据处理系统7一个显微镜头位移参数，此时步进电机控制器10也会把二维载物台9的位移参数返回给数据处理系统7，由数据处理系统7储存在数据库，通过Excel软件绘制出可延展复合薄膜变形后的轮廓曲线，借助数值数据处理系统7就可以求得可延展复合薄膜上任一点的曲率。
本发明通过压力控制器3稳定可延展复合薄膜受到的压力，使测量过程中可延展复合薄膜的变形保持不变，而微泵2则用于改变可延展复合薄膜内侧受到的压力，进而改变可延展复合薄膜的凸起程度。压力控制器3与微泵2配合使可延展复合薄膜可以处于一个稳定的测量环境，提高测量效果。
本发明通过安装到二维载物台9上的步进电机11，可以精准地改变可延展复合薄膜空间位置，得到载物台精确位置，使实验误差减小。
本发明中，步进电机11在控制二维载物台9移动时，主是利用步进电机11将步进电机控制器10传来的电脉冲信号转变为线位移传给二维载物台9，而步进电机控制器10就是对步进电机11进行现代数字程序控制。
在工作情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进电机11接收到一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。本发明正是利用这一点通过控制脉冲个数来控制角位移量，进而精确控制二维载物台的空间位移，从而达到准确定位的目的。
需要说明提，本发明中，可以根据具体项目要求自主选择被测的柔性材料及可延展基膜，同时调节压力控制器、显微镜头及高精度微泵等参数。
在具体检测时，针对不同参数下可延展复合薄膜的形变程度不同，需要设计大量的比对实验，即可测定出可延展复合薄膜的形变情况。
通过本发明装置的使用，可从整体上可以迅速选出可延展复合薄膜变形后曲率较为均匀的工作参数，从细节上又为选出形变均匀的可延展复合薄膜参数提供理论支持，最终选择出曲率均匀，形变适中等能够易于检测的工作参数。
具体在检测时，首先将储液池1用液体输送管5连接到微泵2，并把压力控制器3用液体输送管5连接到微泵2与样品池1之间，用微泵2往样品池4内输送进液体，将贴合好柔性传感器14的可延展基膜13形成的可延展复合薄膜安装到样品池4上膜安装口处。调节压力控制器3使可延展复合薄膜两侧的压力相等。然后将样品池4安装到二维载物台9，连接电机11到二维载物台上9，接通步进电机控制器10和步进电机11，利用步进电机控制器10或电机手轮12使二维载物台9处于初始位置。将显微镜头6与微距调节器8连接，并连接数据处理系统7，微距调节器8连接数据处理系统7。最后连接步进电机控制器10和数据处理系统7。调节显微镜头6高度，使其能够观察到薄可延展复合薄膜晰的像，且在数据处理系统7中呈现，并根据载物台的位移移动数据和显微镜头竖直移动参数，由数据处理系统拟合出可延展复合薄膜的轮廓，获得可延展复合薄膜的曲率。
本发明的上述的柔性传感器的变形检测装置的检测方法，步骤如下；
S1：安装二维载物台，调整底座水平高度，使二维载物台保持水平；
S2：选取需要进行测试的柔性传感器，贴合于柔性可延展基膜上形成可延展复合薄膜；
S3：连通储液池和微泵，再连接压力控制器，最后连接样品池，储液池、微泵，压力控制器与样品池中间用液体输送管连接，并把储液池中的液体输送进样品池，保证整个过程密封性好；
S4：将被测的柔性传感器及可延展基膜形成的可延展复合薄膜安装到样品池上膜安装口，通过压力控制器使可延展复合薄膜两侧压力大小相等；
S5：安装样品池到二维载物台上；
S6：接通步进电机控制器和步进电机，并连接步进电机到二维载物台并通过电机手轮，或者步进电机控制器调节二维载物台到初始位置；
S7：安装显微镜头连接到微距调节器，再连接微距调节器到数据处理系统，调节显微镜头的焦距，再通过微距调节器调节显微镜头高度使显微镜头能够观察到可延展复合薄膜清晰的像，取此时显微镜头高度为基准零点；
S8：连接步进电机控制器和数据处理系统，使步进电机控制器可正常返回步进电机位移数据给数据处理系统；
S9：通过压力控制器增大可延展复合薄膜内侧压力，使可延展复合薄膜凸起一定高度，记录下压力大小；
S10；调节微距调节器，使显微镜头重新观察到可延展复合薄膜清晰的像，记录下此时显微镜头可观察到清晰像时的上极限位置参数、下极限位置参数，取上极限位置、下极限位置的中值为测量值；
S11：通过步进电机控制器控制二维载物台移动，改变可延展复合薄膜的空间位置，先保持一维方向不变，再按每次前进1毫米改变另一维的位置，重复S8，记录下此时观察点相对于初始位置的坐标；
S12：通过数据处理系统对数据处理，描绘出不同压力情况下，不同位置的轮廓曲线，并求出曲线的曲率。
本发明装置通过将二维载物台和显微镜头竖直移动结合在一起，基于二维载物台二维移动，配合竖直移动的显微镜头扫描薄膜外形轮廓，由微泵与压力控制器线性改变并稳定保持可延展复合薄膜受到的压力，实现了从整体和细节上可观察柔性可延展复合薄膜的变形情况，从而给出被观测点的相应空间坐标，最终由计算机处理得到柔性可延展复合薄膜在不同压力下的轮廓曲线及曲率半径，解决了现有技术不能从整体和细节上检测柔性传感器在不同压力下形变情况的不足。
本发明装置由于采用机电一体化设计，整个过程除压力控制器的部分外可由计算机控制进行，测试结果直接以报告和图片的形式打印出来。试验结果可以保存到数据库，可在数据库中查看不同压力条件下的薄膜轮廓曲率。
本发明装置能够实现精密二维移动系统配合显微成像系统用以确定被测可延展复合薄膜上任意两点的相对空间坐标，能够利用高精度微泵和压力控制器精确控制可延展复合薄膜压力，并且自动化程度高，操作简单，测量结果精度高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。