[实用新型]一种测量头部压力的柔性传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柔性传感装置，特别是关于一种在佩戴头盔、安全帽等防护头具时，能够精确测量头部压力的柔性传感装置。

背景技术

头盔、安全帽都是用来防止冲击物伤害头部的防护用品。随着现代工作、生活的日益多样化，人们对生命安全也愈来愈重视，头部防护用品的使用方面也越来越广泛，大致可分为军事、工作、运动三类。佩戴头盔、安全帽等防护用品可以有效保护生命，但是由于对它们性能的特殊要求，使得它们都具有可观的重量，如世界上发达国家规定的安全帽的重量一般都在400g至500g。

若要测量人在佩戴头盔、安全帽等防护用品时，头部各点所受的压力，首先要求压力传感装置能够测量曲面，且要有一定的柔性。对近似于平面的接触面，传统的压力传感器采用平铺的布局方式可以很好的完成任务，但是对于曲率变化较大的曲面结构，传统的布局方式难以获得精确、可靠的数据。CN200710094157.5提出一种测量臀部曲面形态及其法向压力分布的装置和测量方法，其是采用液压连通器获取单点或分布不均匀的压力信息，难以形成规律的矩阵式的结构，同时也不适用于头顶分布压力的测量；实用新型专利200920080140.9提出一种基于测压平板的三维曲面测量装置，它使用传统的布局方式，不具备延展性，且难以紧密贴合曲面，不易于获得头部压力的精确、可靠的数据。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种在佩戴头盔、安全帽等防护头具时，用于精确测量头部压力的柔性传感装置。

为实现上述目标，本实用新型采取以下技术方案：一种测量头部压力的柔性传感装置，其特征在于：它包括能够与头部曲面形状贴合的一底面硅胶层，所述底面硅胶层上表面设置有由若干压力传感器和纵横连接各压力传感器的导线组成的矩阵网络，所述矩阵网络的外面通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于输出各所述压力传感器信息的采集控制模块。

所述采集控制模块包括一选通模块、一运放模块和一A/D转换模块；所述选通模块包括若干选通开关，每一所述选通开关都连接所述矩阵网络的一行或一列，所述运放模块包括若干运放通道，每一所述运放通道都连接所述矩阵网络的一列或一行，每一被选通的行或列上的所述压力传感器感应的电流值，均通过其所在列或行的所述运放通道放大后送入所述A/D转换模块，进行转换后输出。

所述压力传感器采用片层式结构的应变电阻式传感器。

本实用新型由于采取以上技术方案，具有以下优点：1、本实用新型装置由于设置了一底面硅胶层和一顶面硅胶层，因此其既为压力传感器阵列提供了均匀的承载面，又起到电气绝缘的作用，从而保证了压力传感器阵列的稳定工作。2、本实用新型装置由于在底面硅胶层和顶面硅胶层之间设置有一由压力传感器组成的矩阵网络，且相邻的压力传感器通过盘绕成曲线的导线焊接连接，因此本实用新型装置具有很好的曲面贴合性和延展性，特别适合用于对曲率变化不规则的人体头部所承受的压力进行测量。3、本实用新型装置在矩阵网络的外部设置有一包括选通模块、运放模块和A/D转换模块的采集控制模块，选通模块用于控制矩阵网络的行或列的选通，当某一行或列被选通之后，通过运放模块的各运放通道输出的该列或行中的压力传感器感应的电流值，并输出给A/D转换模块进行A/D转换，完成该行或列中各个压力传感器的压力输出，因此可以对被选通的行或列中的所有压力传感器同时进行电流测量，速度快且互不干扰。4、本实用新型装置由于在头部曲面上布置的压力传感器，为片层式结构的应变电阻式传感器，输入恒定的电压时将输出与施加压力成线性相关的电流值，因此，本实用新型具有精度高、反应速度快、测量方便的特点。5、本实用新型装置确定压力传感器布置位置的方法，实际上是采用平面矩阵在曲面上的投影来确定，该方法不但简单，而且可以有效地保证压力传感器布置均匀、有规律。6、本实用新型制作时横切面的个数为13或15或17，且纵切面的个数与横切面相同，使得各压力传感器之间的距离约为20mm，可以满足现有传感器尺寸下密集布置的要求。7、本实用新型装置的底面硅胶层和顶面硅胶层在实际生产中，可以采用硅胶模和真空注型机来制作，可实现大规模成批制作。本实用新型适用性广，既为头部曲面压力的测量提供有效、可靠的方式，又可以用于其它曲面压力的测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型采集控制模块的结构示意图

图3是图1的压力传感器和导线的局部放大图

图4是本实用新型佩戴效果的俯视图

图5是本实用新型横向头围线确定方法示意图

图6是本实用新型矩阵网络确定方法示意图

具体实施方式