多功能柔性力学传感器测试系统设计

作     者：李聪 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：包宇

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：柔性压力传感器 多功能测试 模块化 力学测试 电学测试 

摘      要：随着AI技术、现代5G通信、电子与材料加工技术的蓬勃发展,越来越多的可穿戴式产品开始走进人们的日常生活中。柔性压力传感器是可穿戴式产品关键构成器件,其具有易共形、高灵敏、快响应等特点。柔性压力传感器的性能是否优异主要通过性能参数来衡量,包括灵敏度、检测范围、响应时间、稳定性及检测限等。且能够应用于人体皮肤表面信号检测的柔性压力传感器件应满足轻、薄、可弯折、可拉伸等要求,同时在产生弯折或拉伸形变时、以及在多次物理形变之后,能够保持其力学检测的灵敏度。因此在柔性传感器件的研发和测试过程中,需对其力学检测的灵敏度、稳定性、线性范围、响应时间等参数进行测试。 综上所述,柔性压力传感器的性能测试需要制作一款能够在逐步施加压力或者拉力,使传感器产生可控形变的同时能够同步测量和记录所施加压力或者拉力的大小以及传感器输出电学信号,并且可以多次重复进行测试的仪器系统。针对柔性压力传感器性能测试需求本课题开发了一款多功能柔性力学传感器测试系统,该系统可同时对力学参数和电学参数进行测量显示、并且可以多次重复对待测器件进行测试。 本多功能测试系统以模块化的方式进行设计,主要分为机械结构、硬件电路和软件功能三个部分。机械结构部分主要是对系统的运动部件、传感器夹持机构等进行设计,以此构成系统机械主体;硬件电路部分主要对主控芯片和逻辑芯片的选型设计,以此确定了整个系统的主控核心。然后对电源模块、电机驱动模块、数据采集模块、通信模块这五大模块进行硬件电路设计;软件功能分为上位机应用软件设计和下位机驱动软件设计,前者负责系统控制指令的发送与数据可视化显示,后者负责机械系统的运动控制以及实现数据采集和传输。在完成多功能测试系统分模块的设计后,进行测试平台的组装工作对系统功能和性能进行测试。结果表明系统各项功能能够满足设计要求,精确度和稳定性符合实际测试需求。