一种压电压阻复合柔性力敏传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压力检测领域，更具体地说，是涉及一种压电压阻复合柔性力敏传感器。
【背景技术】
[0002]压力采集系统在机器人触觉、测力鞋垫、测力坐垫等方面有着广阔的应用潜力，柔性传感材料的发展更加速了压力采集技术在可穿戴领域的发展。目前的压力传感检测系统，按照传感器种类来分类，可以分为电容式、压阻式和压电式。压阻传感器具有形变范围大、工艺简单、成本低廉等优势，因此目前比较成熟的柔性压力采集与分析系统大部分采用压阻传感器。
[0003]然而目前压阻压力采集设备普遍存在着以下问题:
[0004](I)功耗大:压阻压力采集设备需要单片机不断对压阻传感器的电阻值进行激励测量，并进行A/D转换和数据传输，功耗大，导致目前的压阻压力采集设备存在着电源模块体积庞大或者续航能力差的问题；
[0005](2)动态性能差:压阻力敏传感器普遍存在迟滞性问题，材料变形恢复较慢，因此对高频压力的响应存在较大误差。
[0006]压阻压力采集设备功耗大、耐用性差、动态性能差等问题，使其在向可穿戴设备发展方向上受到了阻碍。
[0007]压电传感器具有动态响应好，灵敏度高的优点，却也具有对低频压力响应差、空间分辨率低的问题，利用压电传感器正好可以弥补压阻传感器的不足。近年来，柔性压电材料的发展，例如PVDF薄膜，更为构造一种压电压阻复合柔性传感器，获得低功耗、动态性能好、耐用性好的可穿戴压力检测系统提供了可能。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种压电压阻复合柔性力敏传感器，解决了目前的压阻压力传感器动态性能不佳、耐用性不好的问题。
[0009]为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下:
[0010]一种压电压阻复合柔性力敏传感器，包括压力传感模块、信号采集与处理模块、唤醒模块、无线数据通信模块、压力计算模块、高频信号校正模块以及电源模块；
[0011]所述压力传感模块包括压阻传感器组和压电传感器组；
[0012]所述压阻传感器组与信号采集与处理模块连接，压电传感器组通过唤醒模块与信号采集与处理模块连接；信号采集与处理模块还与无线数据通信模块连接；所述无线数据通信模块连接压力计算模块，所述压力计算模块与高频信号校正模块连接；
[0013]所述电源模块分别与信号采集与处理模块、无线数据通信模块连接，用以对装置进行供电。
[0014]进一步地，还包括一显示模块，所述显示模块与压力计算模块连接。
[0015]进一步地，所述压阻传感器组为压阻传感阵列，其中包含的压阻传感器数量为2?100个，所述压电传感器组包括至少I个压电传感器。
[0016]进一步地，所述信号采集与处理模块包括压阻传感信号采集电路、压电传感信号采集电路、A/D转换器、数据处理模块和供电电子开关；所述压阻传感信号采集电路和压电传感信号采集电路分别与A/D转换器连接，A/D转换器与数据处理模块连接，所述压阻传感信号采集电路和压电传感信号采集电路还通过供电电子开关与电源模块连接。
[0017]进一步地，所述无线数据通信模块为蓝牙通讯模块。
[0018]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0019]1、功耗低:利用单个压电传感器的信号来切换设备状态；当压力过小、压力相对静止，或者设备没有被使用的情况下，设备自动进入睡眠状态，只有压力变化幅度超过一定阈值，压电传感器才会通过唤醒模块激活信号采集与处理模块进行采集和传输数据；相对与传统的连续对电阻值进行激励测量和数据传输的技术方案，本技术方案功耗低、设备续航能力强。
[0020]2、动态性能好:在激活检测状态下，动态计算压力传感信号频率，在高频状态下，利用压电传感器信号对压阻传感信号进行修正，改善了传统压阻传感器迟滞性大，恢复时间长，造成的动态性能不佳问题。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型实施例1提供的一种压电压阻复合柔性力敏传感器的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型实施例1进行压力检测的方法的流程图；
[0023]图3是本实用新型实施例2具体实施例的足底压力传感器结构示意图；
[0024]图4是本实用新型实施例2提供的足底压力检测装置结构示意图；
[0025]图5是本实用新型实施例3提供的一种简化的压电压阻复合柔性力敏传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型所述的一种压电压阻复合柔性力敏传感器作进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]图1示出了一种压电压阻复合柔性力敏传感器，包括压力传感模块、信号采集与处理模块、唤醒模块、零点校正模块、无线数据通信模块、压力计算模块、高频信号校正模块以及电源模块；
[0029]所述压力传感模块包括压阻传感器组和压电传感器组，压阻传感器组用于采集压阻传感信号，压电传感器组用于采集压电传感信号；
[0030]所述唤醒模块用于激活信号采集与处理模块，使之工作；
[0031]所述信号采集与处理模块用于将压电传感器组和压阻传感器组输入的模拟信号转化为数字信号；
[0032]所述无线数据通信模块用于将信号采集与处理模块处理过后的数字信号发送至压力计算模块；
[0033]所述压力计算模块用于对接收到的压电传感信号和压阻传感信号进行分析计算并判断是否需要启用高频信号校正模块；
[0034]所述高频信号校正模块用于启用压电传感信号来动态校正压阻传感信号；
[0035]所述零点校正模块用于通过压电传感信号和压阻传感信号联合判断设备是否处于闲置状态，并且在闲置状态下对压阻传感器组进行零点校正；
[0036]所述压阻传感器组与信号采集与处理模块连接，压电传感器组通过唤醒模块与信号采集与处理模块连接；信号采集与处理模块还与所述零点校正模块和无线数据通信模块连接；所述无线数据通信模块连接压力计算模块，所述压力计算模块与高频信号校正模块连接；
[0037]所述电源模块分别与信号采集与处理模块、唤醒模块、零点校正模块、无线数据通信模块连接，用以对装置进行供电。
[0038]作为优选的，还包括一显示模块，所述显示模块与压力计算模块连接。
[0039]作为优选的，所述压阻传感器组中压阻传感器数量为2?100个，按照应用场合需要布置于传感区域。
[0040]作为优选的，所述压阻传感器组为压阻传感阵列。
[0041]作为优选的，所述压电传感器组包括I个压电传感器。
[0042]作为优选的，所述信号采集与处理模块包括压阻传感信号采集电路、压电传感信号采集电路、A/D转换器、数据处理模块和供电电子开关。
[0043]作为优选的，所述唤醒模块包括与处理电路和电压比较器，唤醒模块与信号采集与处理模块的单片机相连，唤醒模块通过触发单片机中断引脚，唤醒信号采集与处理模块进入激活状态。
[0044]作为优选的，所述无线数据通信模块采用蓝牙通讯方式与压力计算模块通讯连接。
[0045]图2示出了一种采用上述压电压阻复合柔性力敏传感器进行压力检测的方法的流程图，包括以下步骤:
[0046]S1、信号采集处理:当压电传感器组的压电传感信号超过一定阈值时，唤醒模块通过触发单片机中断引脚，唤醒信号采集与处理模块进入激活状态，进行信号处理传送，将压电传感器组和压阻传感器组输入的模拟信号转化为数字信号，此时信号采集与处理模块处于激活状态；
[0047]S2、信号传送:无线数据通信模块将得到的数字信号发送至压力计算模块；
[0048]S3、动态校正:压力计算模块对压力传感信号的频率进行动态监测，当频率小于或等于f时，判断为低频响应，只通过压阻传感器组输入的压阻传感信号来分析压力分布情况；当频率大于f时，判断为高频响应，高频信号校正模块采用压电传感器组输入的压电传感信号来动态校正压阻传感信号；
[0049]S4、信号处理与计算:压力计算模块根据接收的压电传感信号、压阻传感信号进行分析计算，并将计算结果在显示模块上显示；若压电传感信号持续在一定时间tl内低于一定阈值，信号采集与处理模块进入休眠状态(即睡眠低功耗状态)，进入步骤S5 ;
[0050]S5、压阻传感器组零点校正。
[0051]进一步而言，所述S3还包括:通过压电传感信号计算压力峰值和零值及相应时间点，判断压阻传感信号的迟滞情况，进而采取相应的校正措施。
[0052]在S5中，所述压阻传感器组零点校正具体包括:当信号采集与处理模块处于睡眠状态的时间超过t2时，零点校正模块通过