一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置的制作方法

本实用新型属于传感器领域，特别涉及一种基于Flexiforce(可弯曲的压力传感器)传感器的压力测量装置。

背景技术：
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目前，我国FSR(Force Sensing Resistors)压力测量主要应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、航空航天等方面，运用的传感器一般为扩散硅压力变送器、半导体压电阻性以及静电容量型。

然而这一类的压力传感器受环境大气压的影响，传感器经常需要校准才能被使用。该传感器输出电阻最大为1MΩ，容易受环境温度影响；传感器的测量精度为±5％-±25％，压力测量的灵敏度为100g-10kg，分辨率为该传感器测量范围的±0.5％。由此，该传感器测量精度偏低，识别压力灵敏度低且该传感器的体积大，硬度强，使用环境经常受到限制(例如，接触点间压力测量)。随着社会科技进步的发展，例如智能机器人、牙齿咬合力、安全气囊对乘员压力、拖车刹车控制、握力等方面的压力测量，需要使用具有柔性、高精度且测量性能稳定、可靠的压力传感器，当前研究的传感器已经满足不了需求。

技术实现要素：
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针对现有技术的缺点，本实用新型一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置，该装置采用恒压方式驱动压力传感器，并且利用1:1 负电压转换与负反馈构成的电压-电阻反比例线性关系，传感器信号采集精确、功耗低，测量范围宽，线性度高，稳定性好，测量精度高，用途广，具有高可靠性，能保证传感器高效、高精度的进行长时间的测量。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置；包括信号预处理部分、信号采集与处理部分，

信号预处理部分是采集压力传感器信号，并为信号采集与处理部分提供介于330mV-3V的压力传感器的电压值，

信号预处理部分包括压力传感器、传感器驱动模块和放大增益切换通道，

传感器驱动模块分别与压力传感器和放大增益切换通道连接；

信号采集与处理部分负责采集传感器信号电压值，计算传感器输出电阻或电导值，并根据电导-压力线性关系，通过读取测量的压力值，驱动液晶显示，

信号采集与处理部分包括SD卡数据处理模块、OLED液晶模块和STM32主控模块，

STM32主控模块分别与SD卡数据处理模块和OLED液晶模块分别连接；

信号预处理部分的放大增益切换通道与信号采集与处理部分的STM32主控模块相连接；

所述信号预处理部分的传感器驱动模块将传感器输出电阻转换成电压值输出；包括基准电压源R3、电压极性转换U1和电流-电压转换器；

基准电压源R3，产生采样基准电压3.3V信号；

电压极性转换U1将基准电压源R3产生的3.3V电压信号，转换输出-3.3V电压值；

电流-电压转换器，利用负反馈原理，结合运算放大器的虚短、虚断原理，采样通过传感器电阻R2的电流值，转换输出电压值V_out；

所述的基准电压源R3的2脚与电源正极连接，与C3、C4电容的一端连接，基准电压源R3的4脚与C3、C4另一端连接并接地，基准电压源R3的6脚与电容C5、电压极性转换U1的8脚连接，电容C5另一端接地，电压极性转换U1的2脚与电容C1一端连接，电容C1的另一端与电压极性转换U1的4脚连接，电压极性转换U1的5脚与电容C2、电阻R2一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端与电阻R1、运算放大器U2的4脚连接，电阻R1另一端与U2的1脚连接，运算放大器U2的2、3脚接地，运算放大器U2的5脚接3.3V电源。

有益效果：

本实用新型提供了一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置，该装置采用恒压方式驱动压力传感器，并且利用1:1负电压转换与负反馈构成的电压-电阻反比例线性关系，传感器信号采集精确、功耗低，测量范围宽，线性度高，稳定性好，测量精度高，用途广，具有高可靠性，能保证传感器高效、高精度的进行长时间的测量，传感器信号采集误差提高到2.8％，最高可达到0.8％，传感器功耗小于5.445mW，最低可达到10uW，测量范围为0-445N，测量的电导与压力的线性度为3％以下，最高为1％；由于该传感器具有可弯曲的特性，可用于医疗、汽车、休闲娱乐等领域，如牙齿咬合力测量、安全气囊对乘员压力、拖车刹车控制、握力测量等。

附图说明

图1为本装置结构框图

图2为传感器驱动模块电路图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

如图1所示：

一种基于Flexiforce传感器的压力测量装置；包括信号预处理部分1、信号采集与处理部分5，

信号预处理部分1是采集压力传感器信号，并为信号采集与处理部分提供介于330mV-3V的压力传感器的电压值，

信号预处理部分1包括压力传感器2、传感器驱动模块3和放大增益切换通道4，

传感器驱动模块3分别与压力传感器2和放大增益切换通道4连接；

信号采集与处理部分5负责采集传感器信号电压值，计算传感器输出电阻或电导值，并根据电导-压力线性关系，通过读取测量的压力值，驱动液晶显示，

信号采集与处理部分5包括SD卡数据处理模块6、OLED液晶模块7和STM32主控模块8，

STM32主控模块8分别与SD卡数据处理模块6和OLED液晶模块7分别连接；

信号预处理部分1的放大增益切换通道4与信号采集与处理部分5的STM32主控模块相连接；

所述信号预处理部分1的传感器驱动模块3将传感器输出电阻转换成电压值输出；包括基准电压源R3、电压极性转换U1和电流-电压转换器；

基准电压源R3，产生采样基准电压3.3V信号；

电压极性转换U1将基准电压源R3产生的3.3V电压信号，转换输出-3.3V电压值；

电流-电压转换器，利用负反馈原理，结合运算放大器的虚短、虚断原理，采样通过传感器电阻R2的电流值，转换输出电压值V_out；

如图2所示：

所述的基准电压源R3的2脚与电源正极连接，与C3、C4电容的一端连接，基准电压源R3的4脚与C3、C4另一端连接并接地，基准电压源R3的6脚与电容C5、电压极性转换U1的8脚连接，电容C5另一端接地，电压极性转换U1的2脚与电容C1一端连接，电容C1的另一端与电压极性转换U1的4脚连接，电压极性转换U1 的5脚与电容C2、电阻R2一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端与电阻R1、运算放大器U2的4脚连接，电阻R1另一端与U2的1脚连接，运算放大器U2的2、3脚接地，运算放大器U2的5脚接3.3V电源，

首先，把基准电压源芯片ADR4533作为采样基准，该芯片输出V₁＝3.3V，精度为0.02％；

然后通过电压极性转换芯片ICL7660将3.3V基准电压转换成V₂＝-3.3V，该芯片转换效率高达99％以上；

最后通过负反馈电路组成的电流-电压转换电路，将输入电压值V₂、压力传感器输出电阻值R₂和输出电压V_out组成线性关系。

表1传感器功率分布表

2标准值与实测值对照表