智能蒙皮與電子皮膚集成的傳感單元的種類日益增加,對傳感器規(guī)模的需求越來越大。智能蒙皮與電子皮膚應(yīng)用的優(yōu)越性能不僅僅體現(xiàn)在傳感器件的柔性,在很大程度上也取決于數(shù)據(jù)采集的可靠性。陣列式傳感器的串?dāng)_問題、信號處理問題以及采集速度、精度與規(guī)模之間的矛盾問題一直制約著陣列式傳感器應(yīng)用的擴展,因此搭建適用于各類傳感器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對實現(xiàn)大規(guī)模傳感器在蒙皮與電子皮膚中的廣泛應(yīng)用是至關(guān)重要的。本文圍繞常用柔性壓力傳感器陣列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)開展了以下主要工作。1)詳細分析了設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時遇到的原理性的難題,主要包括電容傳感器陣列的原理性的串?dāng)_問題、壓電式傳感器的信號微弱與傳輸距離之間的矛盾問題以及與陣列傳感器的機理匹配的情況下,多路復(fù)用器的開關(guān)切換導(dǎo)致的相位匹配的問題。首先,利用多路復(fù)用與計數(shù)芯片相結(jié)合實現(xiàn)了與傳感器陣列的復(fù)用原理相匹配的分時掃描。其次,設(shè)計了電荷放大電路來解決壓電傳感器的微弱信號在長距離傳輸下的測量困難問題。然后,提出了以基于時間數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)（TDC）的PCap01AD芯片為核心的電容檢測系統(tǒng),解決了智能蒙皮與電子皮膚應(yīng)用場景下電容式傳感器輸出信號屬于高精度微電容,難以測... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

智能蒙皮結(jié)構(gòu)傳感系統(tǒng)

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文無論是智能蒙皮中的飛行器表面，還是機器人的電子皮膚表面，都需要大面積、高密度、多功能陣列傳感器實時獲取其表面參數(shù)。分布式的柔性傳感器陣列與蒙皮技術(shù)結(jié)合起來，不僅能很好的解決貼裝問題，而且多種柔性傳感器陣列能夠很容易地獲取多種物理場的物理量以及大量的表面數(shù)據(jù)，其大面積機翼傳感器蒙皮分布與機器人電子皮膚應(yīng)用分布如圖 1-2 所示。在飛行器應(yīng)用中，將柔性可拉伸傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入蒙皮系統(tǒng)可以實現(xiàn)監(jiān)測飛行器的結(jié)構(gòu)方面的健康[11-13]、流速、迎角和應(yīng)變等的檢測[14]，將分布式壓電傳感器形成的嵌入式網(wǎng)絡(luò)表面安裝在復(fù)合材料內(nèi)部，可以獲取結(jié)構(gòu)狀況信號及結(jié)構(gòu)損壞的診斷，達到自我診斷的效果[15]。大面積電子皮膚[16]在機器人方面可以實現(xiàn)壓力[17]、溫度[18]、應(yīng)變、濕度[19]、物體接近等功能，使機器人皮膚更加接近于人體皮膚[20, 21]。

因此需要針對智能蒙皮及其他大面積電子皮膚領(lǐng)域的大面積的分布式柔性傳感器陣列開發(fā)相應(yīng)的采集系統(tǒng)來進行高速、實時、有效的數(shù)據(jù)采集，以實時獲取蒙皮或電子皮膚表面的結(jié)構(gòu)參數(shù)、外界環(huán)境下不同物理場的環(huán)境信息，為實現(xiàn)蒙皮或電子皮膚系統(tǒng)的自我感知、自我調(diào)整、自我診斷[31]等提供真實、實時、有效的參考數(shù)據(jù)。1.3 柔性傳感器陣列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究概況1.3.1 陣列化柔性壓電傳感器及采集系統(tǒng)研究概況智能蒙皮與電子皮膚領(lǐng)域所需要測的參數(shù)眾多，其中表面的壓力分布參數(shù)的測量尤為重要。而目前大面積壓力的測量主要涉及到壓阻式、壓電式、電容式三類柔性傳感器陣列的應(yīng)用。其中針對柔性壓阻式傳感器陣列的數(shù)據(jù)采集已相當(dāng)成熟，美國 Tekscan 公司已經(jīng)將壓阻式傳感器陣列采集設(shè)備商業(yè)化，并且掃描速率高達 1600000 單元/秒，最大能測 2000 個傳感元件[32]。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]電容式物位測量系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 袁玉卓.山東大學(xué) 2017
[2]基于電容陣列的柔性觸覺傳感器的研究[D]. 程丁儒.浙江大學(xué) 2017
[3]非均勻觸覺傳感陣列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[D]. 王珣.重慶大學(xué) 2014



本文編號：3578434