[发明专利]压力敏感阵列标定装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械仪表检测或校准的设备，具体是一种压力敏感阵列标定装置及其方法。

背景技术

压力敏感阵列被用以对接触力及压力分布进行测量。压力敏感阵列通常为薄膜型压力敏感垫，由力敏材料印刷涂层制成，其测量值通常为压力分布的相对值，在出厂时没有标定具体参数。因此需要得到压力敏感阵列各敏感点的具体压力值，必须对压力敏感阵列进行标定。

现有的压力敏感阵列标定装置，体积约为2m²，包括标定仓，聚酯托盘，传送带，冲气囊等，使用时需将压力敏感阵列用传送带送至标定仓，并对气囊充气，在标定仓上施加标准力，力通过气囊传递到压力敏感阵列上，对压力敏感阵列上所有敏感单元进行标定。现有的装置体积大，并且安装、标定过程复杂，不适用于快速再标定。而长期以来一直没有一个便捷的标定装置出现。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101281073A，公开日2008-10-8，记载了一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法，装置包括定位传动部件和与其电连接的控制部件，定位传动部件包括标定的工作平台和压力头测试部件，压力头测试部件通过Z向直线步进电机伸缩头连接一个测力传感器。但该现有技术结构复杂，操作不便，不适用于快速标定。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种压力敏感阵列标定装置及其方法，该标定机构不仅能快速准确对不同分布密度的压力敏感阵列进行标定，而且标定方法简单，标定精度高，使用方便、便捷，适用于实验室，科研单位等多种场合。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种压力敏感阵列标定装置，包括：压敏阵列标定托板、压敏阵列标定孔板、砝码加载板和信号调理采集电路，其中：压敏阵列标定孔板和压敏阵列标定托板分别位于待标定的压力敏感阵列的上方和下方，压敏阵列标定孔板上设有对应压力敏感阵列位置的通孔阵列且砝码加载板设置于通孔阵列上并穿过通孔阵列对压力敏感阵列施加压力以进行标定，信号调理采集电路与压力敏感阵列相连并采集压力标定信号。

所述的压敏阵列标定托板和压敏阵列标定孔板均为矩形板且四周设有定位凹槽，定位凹槽宽度为待标定的压力敏感阵列中的相邻两个敏感单元的间距。

所述的砝码加载板包括：顶板和柱状支撑，其中：顶板为矩形平板，顶板四角设有柱状支撑，砝码加载于顶板上，相邻柱状支撑之间的间距为压敏阵列标定孔板上通孔阵列的间距的整数倍，柱状支撑的截面大小形状与压敏阵列标定孔板上通孔阵列的通孔相适配。

所述的信号调理采集电路包括：依次连接的行列扫描模块、信号调理采集模块和模数转换模块以及微处理器模块，其中：微处理器模块分别与行列扫描模块、信号调理采集模块和模数转换模块相连并分别传输行列扫描逻辑顺序、信号调理增益信号、模数转换频率信号，行列扫描模块与待标定压力敏感阵列输出行列电极相连并传输所选通行列信号。

所述的行列扫描模块采用改进的基于比率测量法行列扫描电路，包括：压力垫电阻阵列、第一多路模拟开关、第二多路模拟开关、电阻链、控制器和比较器阵列，其中：压力垫电阻阵列的输出端分别连接第一多路模拟开关和电阻链并传输电压响应信号，第二多路模拟开关的输出端与压力垫电阻阵列相连并传电压激励信号，控制器的输出端分别连接第一多路模拟开关和第二多路模拟开关并分别传输行列逻辑信号，第一多路模拟开关的输出端和电阻链的输出端均连接比较器阵列并分别传输采集信号和激励电压。

所述的控制器通过将比较器阵列中的输入极点的激励电压作为模数转换模块的参考电压，将激励电压表示为V_E，阵列中被扫描压敏单元阻值表示为R_ij，其中：i表示行，j表示列，反馈电阻R_f恒定，并考虑模拟开关导通电阻R_on，可以得到测量电压值V其中：R_∑为阵列串扰；激励电压Vref取自激励电压V_E，因此模数转换结果其中：n表示模数转换器的分辨率。测试结果仅与被测点电阻有关，消除了行列串扰以及开关导通电阻影响。

本发明涉及上述装置的标定方法，通过将待标定的压力敏感阵列放置于上述压敏阵列标定托板和压敏阵列标定孔板之间并调整压敏阵列标定托板和压敏阵列标定孔板的相对位置使得两板上对应位置的定位凹槽对齐；然后将上述砝码加载板的四个柱状支撑朝下放置于压敏阵列标定孔板上的通孔阵列中，并在砝码加载板的顶板上从零到满量程逐步加载砝码，由信号调理采集电路记录测量结果并信号处理，得到标定结果。

有益效果