专利名称：压力敏感阵列标定装置及其方法
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�？�、信号调理采集�？楹湍Ｊ荒？橐约拔⒋砥髂？椋渲形⒋砥髂？榉直鹩胄辛猩枘？�、信号调理采集�？楹湍Ｊ荒？橄嗔⒎直鸫湫辛猩杪呒承颉⑿藕诺骼碓鲆嫘藕�、模数转换频率信号，行列扫描�？橛氪甓ㄑ沽γ舾姓罅惺涑鲂辛械缂嗔⒋渌⊥ㄐ辛行藕拧Ｋ龅男辛猩枘？椴捎酶慕幕诒嚷什饬糠ㄐ辛猩璧缏罚ㄑ沽Φ娴缱枵罅�、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�？榈牟慰嫉缪梗だ缪贡聿晃猇e,阵列中被扫描压敏单兀阻值表不为Rij,其中i表示行，j表示列，反馈电阻Rf恒定，并考虑模拟开关导通电阻Rm，可以得到测量电压 值V Vout = Ve X老，其中Rs为阵列串扰；激励电压Vref取自激励电压VE，
Vret = & X因此模数转换结果N = TT*2n = W；* 2Π，其中表示模数转换器的
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。
有益效果本发明能够现场快速对不同分布密度的压力敏感阵列进行标定，阵列通孔的设计所需要的设备少，由于是直接采用砝码加载，使标定精度提高，且使用方便。
图I为本发明结构示意图。图2是压敏阵列标定托板结构示意图。图3是压敏阵列标定孔板结构示意图。图4是砝码加载板结构示意图。图5是压敏阵列标定托板、孔板固定方式示意图。图6是彳目号调理米集电路不意图。图7是行列扫描比率测量示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I如图I、图2和图4所示，本实施例包括压敏阵列标定托板I、压敏阵列标定孔板
2、砝码加载板3和信号调理采集电路4，其中压敏阵列标定托板I位于待标定的压力敏感阵列5的下方，压敏阵列标定孔板2位于压力敏感阵列5的上方，压敏阵列标定孔板I上设有对应压力敏感阵列5位置的通孔阵列且砝码加载板3设置于通孔阵列6上并穿过通孔阵列6对压力敏感阵列5施加压力以进行标定，信号调理采集电路4与压力敏感阵列5相连并采集压力标定信号。所述的通孔阵列6的孔距为待标定的压力敏感阵列的孔距的整数倍，本实施例所述的通孔阵列6的孔距为压力敏感阵列5孔距的I倍。如图2所示，所述的压敏阵列标定托板I和压敏阵列标定孔板2均为矩形板且四 周设有定位凹槽7，定位凹槽7宽度为待标定的压力敏感阵列5中的相邻两个敏感单元的间距。如图4所示，所述的砝码加载板3包括顶板8和柱状支撑9，其中顶板8为矩形平板，顶板8四角设有柱状支撑9，砝码加载于顶板8上，柱状支撑9之间的间距为压敏阵列标定孔板2上通孔6间距的整数倍，柱状支撑9的截面大小形状与压敏阵列标定孔板2上阵列通孔6大小形状相适配。如图5所示，所述的信号调理采集电路4包括依次连接的行列扫描�？�、信号调理米集�？楹湍Ｊ荒？橐约拔⒋砥髂？椋渲形⒋砥髂？榉直鹩胄辛猩枘？�、信号调理采集模块和模数转换�？橄嗔⒎直鸫湫辛猩杪呒承�、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。
如图5所示，所述的压敏阵列标定托板I的四个角有耳朵10，且在固定位置有定位标识条12。所述的压敏阵列标定托板I上的耳朵10有螺孔，螺孔的尺寸与翼型螺钉11相匹配，压敏阵列标定孔板2和压敏阵列标定托板I通过翼型螺钉11和簧片13配合的方式实现固定。所述的行列扫描�？椴捎酶慕幕诒嚷什饬糠ㄐ辛猩璧缏罚ㄑ沽Φ娴缱枵罅�、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。所述的第一多路模拟开关的输出端和比较器阵列的输入端之间设有用于将电压响应信号放大到模数转换器转换电压范围的串联的第一电阻和带有反馈电阻的放大器。所述的控制器中选通行电极设为悬空、非选通行电极设为接地、输入极点的激励电压作为模数转换�？榈牟慰嫉缪梗渥饔迷谟谙茄⊥ㄐ辛凶槌傻恼罅写庞跋旌偷诙嗦纺Ｄ饪氐纪ǖ缱瓒圆饬烤鹊挠跋�。如图7所示，所述的比较器阵列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�？榈牟慰嫉缪梗だ缪贡聿晃猇e,阵列中被扫描压敏单兀阻值表不为Rij,其中i表示行，j表示列，反馈电阻Rf恒定，并考虑模拟开关导通电阻Rm，可以得到测量电压值Vout = VeX聚’其中:RS为阵列串扰；激励电压Vref取自激励电压VE，
Wef= Ve因此模数转换结果N =T*2n = I * &其中:η表示模数转换器的分辨率。本实施例所述装置通过以下方式实现标定将待标定的压力敏感阵列5放置于压敏阵列标定托板I上，并使压敏阵列5上对应行列与压敏阵列标定托板I上对应定位标识条12对齐；将标定孔板2放置于压敏阵列5，调整压敏阵列标定孔板2的位置，使压敏阵列标定托板I与标定孔板2上对应位置的定位凹槽7对齐。在本实施例中，因压敏阵列标定孔板2上阵列通孔间距为压力敏感阵列5间距的I倍，压敏阵列标定托板I上、下边定位凹槽的右边边缘分别与压敏阵列标定孔板2的上、下边定位凹槽7的右边边缘对齐；压敏阵列标定托板I左、右边定位凹槽7的下边边缘分别与压敏阵列标定孔板2的左、右边定位凹槽7的下边边缘对齐。簧片13置于压敏阵列标定孔板2上，用翼型螺钉11将簧片13固定于耳朵10上的螺孔中，以此固紧压敏阵列标定托板 I和压敏阵列标定孔板2。完成上述固定后将上述砝码加载板3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。所述的信号处理采用最小二乘支持向量回归方法，建立压力敏感单元压力值与采集电路电压输出值之间的非线性关系模型，得到回归方程:yw = Exiessv^k(XlXi) +b,
实施例2如图3所示，当待标定的压力敏感阵列5敏感单元分布密度过大，压敏阵列标定孔板2上阵列通孔3行列间距设置成2倍的敏感单元间距，相应的柱状支撑8间距也为2倍。将压敏阵列标定托板I与压敏阵列标定孔板2定位凹槽7对齐，可以对标定区间I的敏感点进行标定；使压敏阵列标定孔板2上方定位凹槽7的左边边缘与压敏阵列标定托板I上方定位凹槽7右边边缘对齐，同时使压敏阵列标定孔板2左方定位凹槽7的上边边缘与压敏阵列标定托板I左方定位凹槽7下边边缘对齐，可以对标定区间II的敏感点进行标定。本实施例其他结构和标定方法与实施例I相同。通过上述方式实现的标定与现有技术相比操作快速准确，且标定精度与模数转换器的分辨率相对应可控，方便用于大部分科研实验。
权利要求
1.一种压力敏感阵列标定装置，其特征在于，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；所述的通孔阵列的孔距为待标定的压力敏感阵列的孔距的整数倍； 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�？橐约拔⒋砥髂？椋渲形⒋砥髂？榉直鹩胄辛猩枘？�、信号调理采集�？楹湍Ｊ荒？橄嗔⒎直鸫湫辛猩杪呒承�、信号调理增益信号、模数转换频率信号，行列扫描�？橛氪甓ㄑ沽γ舾姓罅惺涑鲂辛械缂嗔⒋渌⊥ㄐ辛行藕�。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征是，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。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征是，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。
4.根据权利要求I所述的装置，其特征是，所述的行列扫描�？椴捎酶慕幕诒嚷什饬糠ㄐ辛猩璧缏罚ㄑ沽Φ娴缱枵罅�、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。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的第一多路模拟开关的输出端和比较器阵列的输入端之间设有用于将电压响应信号放大到模数转换器转换电压范围的串联的第一电阻和带有反馈电阻的放大器。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的控制器中选通行电极设为悬空、非选通行电极设为接地、输入极点的激励电压作为模数转换�？榈牟慰嫉缪梗渥饔迷谟谙茄⊥ㄐ辛凶槌傻恼罅写庞跋旌偷诙嗦纺Ｄ饪氐纪ǖ缱瓒圆饬烤鹊挠跋�。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的比较器阵列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�？榈牟慰嫉缪梗だ缪贡聿晃猇e,阵列中被扫描压敏单元阻值表示为Ru，其中i表示行，j表示列，反馈电阻Rf恒定，并考虑模拟开关导通电阻Rm，可以得到测量电压值
8.一种根据上述任一权利要求所述装置的标定方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述的信号处理是指采用最小二乘支持向量回归方法，建立施加于待标定的压力敏感阵列的压力信息与信号调理采集电路的电压输出信息之间的非线性关系模型，得到回归方程= ExtesvwTk(x,Xi) + b，其中Ssv为支持向量集合，k(x,xi)为核函数，其中x，Xi表不输入样本，Wt表不权值向量，b表不阈值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述的对齐是指压敏阵列标定托板上、下边定位凹槽的右边边缘分别与压敏阵列标定孔板的上、下边定位凹槽的右边或左边边缘对齐，并且压敏阵列标定托板左、右边定位凹槽的下边边缘分别与压敏阵列标定孔板的左、右边定位凹槽的下边或上边边缘对齐。
全文摘要
一种机械仪表检测或校准的压力敏感阵列标定装置及其方法，该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。该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；将上述砝码加载板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。本发明可以现场快速对不同分布密度的待标定的压力敏感阵列进行标定，阵列通孔的设计所需要的设备少，由于是直接采用砝码加载，没用通过第三方测量设备标定，使标定精度提高，且使用方便。
文档编号G01L25/00GK102879150SQ201210436170
公开日2013年1月16日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者蔡萍, 毛志勇, 蔡楷, 武博 申请人:上海交通大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
