Flexiforce傳感器構(gòu)成和運(yùn)用

　　概述

　　本章簡(jiǎn)介傳感器的構(gòu)成和運(yùn)用。

　　一、Flexiforce 傳感器

　　Flexiforce是一種超薄和撓性印刷電路，可很方便集成多種運(yùn)用。由于Flexiforce 像紙一樣薄的結(jié)構(gòu)，可彎曲和測(cè)力特性可用來(lái)測(cè)兩表面之間的壓力，并且能夠在一些特殊環(huán)境進(jìn)行測(cè)力。Flexiforce 比其它薄膜測(cè)力產(chǎn)品有更好的特性、線性、磁滯、飄移、溫度靈敏度。傳感的有效區(qū)域是傳感器末端的直徑為0.95cm的圓。

　　Flexiforce 由兩層襯底構(gòu)成。這種襯底由聚脂纖維薄膜組成(高溫傳感器用的是聚酰亞胺構(gòu)成)。在每一層上運(yùn)用一種導(dǎo)體材料(銀)，再加一層對(duì)壓力敏感的墨水。然后用粘合劑把兩層襯底壓在一起，形成了傳感器。墨水外的銀邊表示了對(duì)壓力敏感的區(qū)域。從敏感區(qū)域引出兩個(gè)銀線作為導(dǎo)線。

　　Flexiforce 傳感器尾端選配一個(gè)可焊接的公的方針接頭以方便連接到電路。兩邊的輸出線是有效的，中間的是無(wú)效的。傳感器的長(zhǎng)度可選6cm、12cm、18cm或由客戶定制。在電路中傳感器相當(dāng)于一個(gè)可變電阻。當(dāng)沒(méi)有負(fù)載時(shí)，傳感器呈高阻狀態(tài)(>5MΩ)，當(dāng)有負(fù)載時(shí)，電阻下載。接一個(gè)歐姆表可以看見(jiàn)當(dāng)在敏感區(qū)域施加外力時(shí)電阻的變化。

　　Flexiforce 需保存在溫度-9°C74°C之間。

　　二、標(biāo)準(zhǔn)Flexiforce傳感器

　　標(biāo)準(zhǔn)A201傳感器有下列量程供選擇：

　　Sensor A201-1 (0-1 lb)(0-4.5N)

　　Sensor A201-25 (0-25 lb)(0-112.5N)

　　Sensor A201-100 (0-100 lb)*(0-445N)

　　如果要測(cè)量大于100lb的力可降低供電電壓和降低反饋電阻(最小1KΩ min)可參看驅(qū)動(dòng)電路圖。

　　三、高溫Flexiforce傳感器

　　高溫HT201傳感器有下列量程供選擇：

　　HT201-L Low: 0-30lb (133N)

　　HT201-H High: 0-100lb (445N)

　　四、運(yùn)用

　　Flexiforce傳感器有非常多的用法。典型的運(yùn)用就是把檢測(cè)的壓力轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出。校準(zhǔn)也必須去做，就是把輸出信號(hào)和相應(yīng)的壓力的大小對(duì)應(yīng)。根據(jù)配置，靈敏度依然可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　典型電路如下圖：

　　在該電路中，用+/-5V的電壓激勵(lì)，反相比例放大電路結(jié)構(gòu)，基于傳感器電阻和反饋電阻的變化產(chǎn)生模擬信號(hào)輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器也可把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)輸出。靈敏度由反饋電阻Rf和電壓VT 進(jìn)行調(diào)整。降低反饋電阻和電壓會(huì)使靈敏度下降，但可使量程增大。

　　用途簡(jiǎn)介：

　　醫(yī)療用途：牙齒咬合力測(cè)量;病人組織插管測(cè)力;臨床大夫觸力檢驗(yàn)測(cè)量;心肺復(fù)蘇、人工呼吸救護(hù)訓(xùn)練(CPR)(位置、深度、頻率)觸力測(cè)量;診斷設(shè)備研究肌肉關(guān)節(jié)活動(dòng)情況;發(fā)音矯正;智能鞋墊進(jìn)行走路平衡能力測(cè)控(老年人走路摔倒報(bào)警);重癥病人，老人監(jiān)護(hù)報(bào)警等。

　　汽車運(yùn)用：乘員探測(cè);安全氣囊對(duì)乘員壓力;拖車剎車控制。

　　休閑娛樂(lè)運(yùn)用：體育用具;健身器材;握力測(cè)量;GOLF訓(xùn)練。

　　工業(yè)運(yùn)用：安全裝置;包裝與密封;自動(dòng)化生產(chǎn);滾動(dòng)軸承;電纜卷軸;電腦芯片。

　　其它：動(dòng)物或人類咬力測(cè)量;觸力設(shè)備;抓力;庫(kù)存管理;設(shè)備監(jiān)控;機(jī)器人;等等。

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　　傳感器載荷考慮因素

　　下面的傳感器負(fù)載運(yùn)用指導(dǎo)適合任何運(yùn)用，以幫助您取得精確的測(cè)量結(jié)果。后面?zhèn)鞲衅餍阅軈?shù)表對(duì)您獲取準(zhǔn)確的傳感器數(shù)據(jù)也是至關(guān)重要的。

　　一、傳感器負(fù)載

　　Flexiforce傳感器整個(gè)傳感區(qū)域被當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的接觸點(diǎn)。因此，負(fù)載應(yīng)均勻分布在傳感區(qū)域以保證準(zhǔn)確和重復(fù)的測(cè)力數(shù)據(jù)。如果負(fù)載分布改變就會(huì)輕微地改變傳感器的讀數(shù)。(傳感器傳感區(qū)域就是銀線包圍中間的部分)

　　施加負(fù)載的持續(xù)也很重要，并保證每次是同樣的方式;

　　不要讓傳感區(qū)域外面的部分也支持負(fù)載;

　　如果要測(cè)的負(fù)載大于傳感區(qū)域，那么可使用一個(gè)圓盤(一般由硬材料構(gòu)成，并小于傳感區(qū)域)，使負(fù)載通過(guò)圓盤壓住傳感區(qū)域，注意不要壓住傳感區(qū)域的邊緣。

　　加的力需垂直于傳感區(qū)域的平面。如果施加剪切的力會(huì)降低傳感器的壽命。如非要加這樣的力，需要有彈性材料進(jìn)行保護(hù)。

　　如果把傳感器放在一個(gè)表面，可使用帶子或膠水。注意不要把膠水沾在了傳感區(qū)域，如果一定要的話，要保證涂的均勻，否則一些高點(diǎn)會(huì)變成負(fù)載。

　　二、飽和值

　　飽和值就是輸出不再隨施加的力而變化的點(diǎn)。每個(gè)傳感器的飽和值會(huì)印在包裝盒或傳感器上和靈敏度在一起。

　　飽和值在上面的運(yùn)用電路中和反饋電阻Rf有關(guān)，當(dāng)降低反饋電阻Rf時(shí)可降低靈敏度，但可增大量程，也就是可增大飽和值。

　　注意在測(cè)試中不要讓外力到達(dá)飽和值。

　　三、傳感器適應(yīng)使用

　　在測(cè)試或校準(zhǔn)前，讓傳感器適應(yīng)或適用對(duì)取得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)是必須的。它可以幫助減少磁滯和飄移。對(duì)于新傳感器需要讓它用一段時(shí)間以適應(yīng)環(huán)境。

　　讓傳感器適應(yīng)使用，可采用110%的力加在傳感器上，讓傳感器穩(wěn)定，再移動(dòng)負(fù)載。重復(fù)這個(gè)過(guò)程四到五次。傳感器和測(cè)試材料的接觸面需保持和測(cè)試和校準(zhǔn)時(shí)一致。

　　(重要：在校準(zhǔn)和使用前，傳感器必須經(jīng)過(guò)適應(yīng)使用)

　　校準(zhǔn)

　　校準(zhǔn)就是讓傳感器的輸出和真正的測(cè)力值建立一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系如磅或牛頓。校準(zhǔn)時(shí)，可采用一已知力加在傳感器上，然后把傳感器的阻值和力值對(duì)應(yīng)起來(lái)。用一些和測(cè)試時(shí)接近的力值，重復(fù)進(jìn)行這個(gè)校準(zhǔn)的過(guò)程。力和電導(dǎo)(1/R)的對(duì)應(yīng)圖如下。一個(gè)線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系可從圖中看出。然后，你可用傳感器的輸出值來(lái)決定你的測(cè)力的大小了

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　　電阻曲線

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　　電導(dǎo)曲線

　　校準(zhǔn)指導(dǎo)：

　　在校準(zhǔn)傳感器可參考下列指導(dǎo)：

　　有與實(shí)際測(cè)試中相近的力來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。(用已知的力，如砝碼或測(cè)力機(jī))。如在校準(zhǔn)中用圓盤那么在測(cè)試中也用。

　　在校準(zhǔn)時(shí)避免和測(cè)力飽和值接近，如在很少的力就飽和了，那么就調(diào)整靈敏度。

　　在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，均勻放置負(fù)載。負(fù)載分布改變，結(jié)果會(huì)有輕微變動(dòng)。

　　測(cè)試和校準(zhǔn)時(shí)溫度需保持一致。

　　傳感器性能指標(biāo)描述：

　　有一些性能指標(biāo)會(huì)影響到傳感器的測(cè)量結(jié)果。這里對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行一些描述，以幫助減少不必要的影響。

　　重復(fù)性：對(duì)于同樣多次施加的力，傳感器能保持顯示數(shù)據(jù)的一致性。通常，我們建議通過(guò)對(duì)傳感器進(jìn)行適應(yīng)“訓(xùn)練”后，再進(jìn)行測(cè)試或校準(zhǔn)。

　　線性：指?jìng)鞲衅麽槍?duì)負(fù)載的響應(yīng)偏移超過(guò)了傳感器的實(shí)際量程。校準(zhǔn)可以盡量使輸出保持線性。Flexiforce傳感器的輸出線性在+/- 3%以內(nèi)。Flexiforce高溫傳感器的線性可以做到滿量程的1.2%。

　　磁滯：在加負(fù)載和移除負(fù)載時(shí)，傳感器的實(shí)際輸出值的差異。在靜態(tài)時(shí)，在負(fù)載增加時(shí)，磁滯是非常小的。但在負(fù)載一會(huì)小一會(huì)大時(shí)，會(huì)有磁滯引起的誤差。

　　飄移：指在施加力后一段時(shí)間，輸出會(huì)有相應(yīng)的變化。如果在一個(gè)固定的負(fù)載下，輸出電阻持續(xù)減少，輸出就會(huì)慢慢增大。在校準(zhǔn)時(shí)考慮到飄移的因素，可減少其影響。最簡(jiǎn)單的方法是保證校準(zhǔn)時(shí)和實(shí)際測(cè)試時(shí)的時(shí)間段一致。

　　溫度靈敏度：通常，輸出在大負(fù)載情況下會(huì)隨溫度升高而變化。為保證準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)要保持一致溫度。如果不一致，最好在不同的溫度下都做一校準(zhǔn)，并以保存?zhèn)溆谩?/p>

　　壽命：壽命是根據(jù)你的使用情況而定。一般傳感器可以反復(fù)使用，除了在一些極端情況下：如承受硬邊或沖擊力。經(jīng)測(cè)試，對(duì)一個(gè)50lb的Flexiforce傳感器可以使用一百萬(wàn)次。物理?yè)p傷自然會(huì)降低它的壽命。保持傳感區(qū)域清潔，否則臟物會(huì)引起測(cè)量不準(zhǔn)，及過(guò)早地進(jìn)入飽和狀態(tài)。

　　傳感器性能指標(biāo)

　　標(biāo)準(zhǔn)Flexiforce傳感器(型號(hào)：A201)

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　　高溫Flexiforce傳感器

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