[发明专利]一种测量头部压力的柔性传感装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性传感装置及其制作方法，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及其制作方法。

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，本发明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及其制作方法。

为实现上述目标，本发明采取以下技术方案：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。

一种测量头部压力的柔性传感装置的制作方法，包括以下步骤：1）选定一个头模，在头模上设置一层硅胶，形成一底面硅胶层；2）待底面硅胶层干固后，用剪刀裁剪出底面硅胶层的下沿；3）在底面硅胶层上做出将头模分成左、右对称两部分的中轴面，并定义其与底面硅胶层的交线为纵向中轴线；4）垂直于中轴面做奇数个等分横切面，并定义每一横切面与底面硅胶层的交线为横向头围线，每一横向头围线的两端分别与底面硅胶层的下沿有一交点；5）平行于中轴面做若干等分纵切面，定义每一纵切面过前、后对称两交点，且与底面硅胶层的交线为纵向头围线；6）在每一所述交点，以及每一所述横向头围线与所述纵向头围线的交点上，分别粘接一压力传感器；7）将相邻的所述压力传感器通过弯曲或盘绕的曲线作为导线焊接连接，形成一由所述压力传感器和所述导线组成的矩阵网络；8）在矩阵网络的外部通过导线连接一用于供电的电源模块和一用于采集各压力传感器信息的采集控制模块；9）在矩阵网络和底面硅胶层上涂覆一层硅胶形成一顶面硅胶层，待顶面硅胶层干固后，用剪刀剪出与底面硅胶层相同形状的下沿即成。

所述底面硅胶层和顶面硅胶层采用蘸取工艺和手糊工艺相结合的方式制作而成。

所述横切面的数量为13或15或17。

所述压力传感器采用片层式结构的应变电阻式传感器。