[发明专利]一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器应用领域，特别是涉及一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法。

背景技术

目前传感器阵列，尤其是大面积、高密度点阵式的传感器阵列，在检测技术领域有了越来越广的用途和不可替代的作用。特别是大面积柔性阵列传感器的出现，大大推动了阵列式力传感器的应用。

典型的阵列传感器产品，如美国Tekscan公司推出的一种压力分布测试系统，所用的传感器就是一种柔性阵列传感器。这种传感器阵列由两片很薄的聚酯薄膜组成，两片薄膜的内表面分别印制列导线和行导线，当两片薄膜合在一起的时候，纵横交错的行导线和列导线相互交叉，从而形成了一块具有若干个行和若干个列的点所构成的点阵。阵列中每个点都是一个由特殊的压敏半导体材料构成的压力感应点，当外力作用到感应点上时，半导体的阻值会随外力的变化而成比例的变化，进而可以使用它来对大面积受力进行检测。除上述的Tekscan公司外，还有美国的SPI、比利时Rrscan等知名公司也在生产和使用柔性压力阵列传感器。由于这些阵列传感器大都是采用特殊的材料制作而成，具有形状可弯曲的特性，可以在非平面的场合检测分布式压力，近来在各大领域得到越来越广的应用。在国内，比较知名的如中国科学院合肥智能机械研究所研制的用于“数字跑道”和“数字跑鞋”的柔性传感器阵列，采用的也是特殊压敏材料制作成的。另外，清华大学等一些高校也在进行阵列传感器的研究与应用。

但是，不管是采用什么工艺、什么生产流程，这种使用压敏半导体材料制作成的传感器阵列，在生产过程中材料用量的不同，生产过程的流程不同，即由于制作工艺、制作技术和生产流程的非同一性，将会使得同一块阵列上的传感器具有不完全相同的压阻特性，更会使得两块压力传感器阵列之上的不同传感器点具有不同的压阻特性，即当施加大小相同的力时，同一个传感器阵列上两个不同的传感器点或者是两块不同的阵列上两个不同的传感器点会表现出不同的电信号量。同样道理，由金属压阻应变材料制作成的传感器阵列也存在类似的问题。

上述这些弊端使得由传感器阵列检测出来的数据与实际受力情况之间存在误差，也使得在后续的数据处理时提取出的感兴趣信息不准确、不可靠。特别是在需要精密检测的场合，任何两个传感器之间细微的压阻特性的差别都可能引起整个压力传感器阵列检测结果与实际情况之间的误差。这种来源于检测数据源头的最初误差，最终肯定会影响整个检测系统的准确性和精确性，给大面积压力传感器阵列的广泛应用带来极大的阻力。

针对以上提出的传感器阵列制作过程本身的不足因素，以及它给大面积柔性传感器阵列的广泛应用带来的弊端，必须对所使用的传感器阵列根据使用场合的具体要求进行统一的标定。而目前，对于平面阵列的压力传感器，特别是大面积的阵列传感器不可能使用手工逐点标定的方式进行统一标定，一方面费时，另一方面，手工标定总带有人为的误差。与此同时，目前很少有专门的自动化的标定装置和手段，故很难评价其力学特性。

因此目前迫切需要一种能对同一个压力阵列传感器上所有传感器点，以及两个不同的传感器阵列之上的所有的压力传感器点进行统一标定的系统和相应的标定方法。并且要求这种装置系统和标定方法应该具有准确、快速和自动化的特点。

经国家知识产权局专利检索咨询中心检索，1997年德国的一件公开号为DE19616312的专利文件与本发明专利较相近。该专利文件公开了一种用于测力仪器及测力传感器的校正装置，其中采用了可调节的架子来移动水平台，采用标准重量所施加的已知力对水平台上放置的待测仪器进行检测。但是，该专利文件中并没有公开待测仪器是传感器阵列，也没有公开该项目中所采用的测力传感器，并且所述标定装置的具体结构以及具体操作与本发明专利之间也存在较大的差异，再者使用该校正装置对传感器阵列的标定是很难以实现的。

发明内容

本发明的目的是：针对上文提出来的使用阵列传感器过程中出现的问题以及具体使用的要求，并针对现有技术在本标定环境中的不足，本发明专利提出了一种阵列力学传感器的标定装置并给出了一种高效可行的标定方法。本标定装置和方法具有自动化程度高、精确性强、标定速度快的优点，克服了上文背景技术中提出的众多难题，为阵列传感器的标定提供了一种新颖的标定技术，使得力学阵列传感器特别是大面积力学阵列传感器的应用范围得到了极大的推广。本发明提出的标定装置和方法，不但适用于柔性阵列传感器的标定，也适用于其它刚性的传感器阵列，当然也可以对某一个特定的传感器进行受力标定。

本发明的技术方案阐述如下：