[实用新型]压力分布传感器

说明书

技术领域

本发明涉及压力分布传感器，特别地，属于一种能够测量接触面的压力分布，并输出数字图像的传感装置。

背景技术

在工业生产和装配、医疗技术等领域，需要测量接触面的压力分布情况，市场上出现了大量相关的技术。

例如，ROHO 公司的Xsensor 压力测量系统，该测量系统是基于电容式传感器的压力测量技术，可测量人体在不同支撑面上的表面压力。系统可应用于多种领域，如床垫轮椅的表面舒适度分析等。对比专利US7258026B2公开了一种由美国Tekscan 公司发明的压力分布传感器技术，该传感器为柔性薄膜网格状触觉压力传感器。柔性薄膜网格触觉压力传感器的厚度仅为0.1mm，且该压力传感器的柔性很好，因而可以测量各种接触面之间的压力，该技术可用于工业生产和装配中的受力分析，例如机器手臂抓取目标时进行受力分析。对比专利CN102783955A公开了一种由传感器阵列和惠斯通电桥电路等组成的压力分布检测装置，主要用于生物力学工程、医疗康复、康复辅具性能检测等领域。

然而，这些技术均将传感器相关电路设置于需要测量压力分布的接触面，这使得对于不同情况下的测量需要开发不同的电路。例如，当需要测量的分辨率发生变化时，或者需要测量的压力范围发生变化时，对应的电路均需要改变。这种方式难以进行规模化生产，成本居高不下，严重限制了压力分布传感器的广泛使用。另一方面，受电路的限制，现有技术的测量空间分辨率有限，每个平方毫米范围内一般不超过十个感应点。

发明内容

本发明针对现有技术方案存在的问题，提供一种模块化的压力分布传感器，其电路部分可以采用集成电路的方式批量生产，从而可以极大地降低使用成本，另一方面利用现有的集成电路技术和显微成像技术，可以实现超高分辨率的压力分布测量，其技术方案如下。

根据本发明，提供一种压力分布传感器，包括压变光学模块和图像传感器，压变光学模块将压力分布转换为光信号，图像传感器将所述光信号转换为数字图像，数字图像的每个像素体现压变光学模块一个局部区域内的光学特性。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：压变光学模块包括光学成像模块，光学成像模块利用小孔成像原理、透镜成像原理或者反射成像原理，将压变光学模块的影像投送给图像传感器。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：包括光源模块，光源模块与图像传感器位于压变光学模块的同一侧，光源模块与图像传感器之间设置挡光板，使得光源不能直接照射于传感器之上，光源为压变光学模块提供较为稳定的光照，避免受到外界光源变化带来的干扰。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：包括计算模块，计算模块包括压力分布和图像之间的转换模型，根据该模型和图像计算出压变光学模块表面的压力分布，压力分布和图像之间的转换模型依据压变光学模块的物理特性或者实验标定获得。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：压变光学模块包括支撑层和压变层，支撑层为硬质材料制成的平面或者球面透镜，压变层覆盖于支撑层一侧，由弹性材料构成，弹性材料的局部位置在外部压力的作用下发生弹性形变，同时产生光学变化，所述外部压力撤消后所述弹性形变消失，压变层的选材由压力分布传感器的压力量程决定，量程越大要求弹性材料的弹力越大，支撑层在量程范围内的形变可忽略不计。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：压变层包括滤光层和挡光层，所述滤光层采用具有反光作用的浅色材料，滤光层覆盖于支撑层之上，有垂直于支撑层的缝隙或者圆孔，挡光层覆盖于滤光层之上，采用具有吸光作用的深色材料，当压变层所受压力发生变化时，压力对应位置的滤光层缝隙或者圆孔横截面发生变化，使得对应局部区域的吸光量和反光量发生变化，形成压变光学效果。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：压变层包括滤光层和反光层，所述滤光层采用具有吸光作用的深色材料，滤光层覆盖于支撑层之上，有垂直于支撑层的缝隙或者圆孔，反光层覆盖于滤光层之上，采用具有反射作用的浅色材料，当压变层所受压力发生变化时，压力对应位置的滤光层缝隙或者圆孔横截面发生变化，使得对应局部区域的吸光量和反光量发生变化，形成压变光学效果。

根据本发明的一个示例性实施方式，所述的压力分布传感器，其特征在于：图像传感器采用CCD传感器或者CMOS传感器，可以是一维线型结构或者二维面型结构。