Tekscan 壓力分布測(cè)量系統(tǒng)
摘要：介紹一種的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的柔性薄膜網(wǎng)格壓力傳感器，能夠?qū)θ魏谓佑|面之間的壓力分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，并以直觀、形象的二維、三維彩色圖形顯示壓力分布的輪廓和數(shù)值，進(jìn)而做出評(píng)估。對(duì)各種壓力分布的測(cè)量和分析，在各行各業(yè)的研究和發(fā)展中都起著其重要的作用。例如，汽車行業(yè)中，研究座椅的舒適性，需要測(cè)量人體對(duì)座椅的壓力分布；為輪胎的性能，需要測(cè)量輪胎與地面的接觸輪廓和壓力分布；為車門的密封性，需要測(cè)量車門密封墊在關(guān)門時(shí)的受力分布；領(lǐng)域中，醫(yī)生要診斷病人的牙齒咬合狀況，需要測(cè)量病人上下牙齒間的咬合力大小和分布，等等。所以，壓力分布的測(cè)量成為解決這些問(wèn)題的要條件。而解決這些問(wèn)題的傳統(tǒng)辦法就是進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，這樣不但效率低，而且成本也比較高。美國(guó)Tekscan 公司的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)就是基于上述情況而開(kāi)發(fā)的，它是一種經(jīng)濟(jì)、、、快速、直觀的壓力分布測(cè)量工具。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
Tekscan 壓力分布測(cè)量系統(tǒng)的之處在于其技術(shù)———柔性薄膜網(wǎng)格傳感器。
標(biāo)準(zhǔn)的Tekscan 壓力傳感器由兩片很薄的聚酯薄膜組成，其中一片薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)若干行的導(dǎo)體，另一片薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)若干列的導(dǎo)體。導(dǎo)體本身的寬度以及行間距可以根據(jù)不同的測(cè)量需要而設(shè)計(jì)。導(dǎo)體外表涂有的壓敏半導(dǎo)體材料涂層。當(dāng)兩片薄膜合為一體時(shí)，大量的橫向?qū)w和縱向?qū)w的交叉點(diǎn)就形成了壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列。當(dāng)外力作用到感應(yīng)點(diǎn)上時(shí)，半導(dǎo)體的阻值會(huì)隨外力的變化而成比例變化，由此來(lái)反映感應(yīng)點(diǎn)的壓力值。即壓力為時(shí)，阻值，壓力越大，阻值越小，從而可以反映出兩接觸面間的壓力分布情況。
傳感器內(nèi)部導(dǎo)體的寬度、行距、列距決定了每單位面積內(nèi)傳感點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即間隙分辨率。每個(gè)傳感點(diǎn)面積可以小到1.613 mm2，行列距可小到0.5 mm.不同的傳感器面積和間隙分辨率可滿足各種不同的測(cè)量要求。例如，Tekscan 曾提供過(guò)面積為1 935 cm2、傳感點(diǎn)為100 000個(gè)的傳感器；Tekscan 開(kāi)發(fā)的牙齒咬合力分析系統(tǒng)，傳感器面積為25.8 cm2，共有1 500個(gè)傳感點(diǎn)；用于座椅壓力分布研究的傳感器具有4 000個(gè)以上的感應(yīng)點(diǎn)，分辨率為1個(gè)感應(yīng)點(diǎn)/cm2。傳感器有不同的形狀和規(guī)格，其壓力測(cè)量范圍為0〜175 MPa，度為&plun;5%。
2系統(tǒng)在座椅舒適度測(cè)量中的應(yīng)用
GM，Peugeot，Cit2roen，Renault，Volvo，Delphi，Johnson Cont rols，Bert randFaure 和Magna 等幾家大公司都在廣泛應(yīng)用Tekscan系統(tǒng)來(lái)解決座椅舒適度問(wèn)題?；赥ekscan 公司的傳感器技術(shù)，系統(tǒng)同時(shí)可以使用4 000個(gè)以上的傳感單元，分辨率每平方厘米一個(gè)傳感單元，高于任何其他的系統(tǒng)。系統(tǒng)密集的間隙分辨率能使用戶鑒別和測(cè)量縫合、接縫、墊子、線的支撐和泡沫硬度等對(duì)座椅的壓力分布和舒適度的影響效果。在駕駛過(guò)程中，系統(tǒng)具有每秒（208Hz）傳感單元的動(dòng)態(tài)壓力分布采樣能力。當(dāng)然，系統(tǒng)也能處理簡(jiǎn)單靜態(tài)的和準(zhǔn)靜態(tài)的情況。通過(guò)對(duì)壓力分布的測(cè)量結(jié)果的評(píng)估，系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)者或制造商優(yōu)化材料的選擇，分析乘客進(jìn)出的過(guò)程，從而優(yōu)化駕駛員的駕駛位置，另外，系統(tǒng)還可評(píng)估懸掛系統(tǒng)對(duì)駕駛員的影響等。
系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在其為非侵入式測(cè)量。傳感器只有0.28 mm 厚，因此，將傳感器放在座墊和靠背上面，并不妨礙乘客對(duì)座位的感覺(jué)。利用測(cè)得的壓力分布圖就可以對(duì)座椅進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
Tekscan 壓力分布測(cè)量系統(tǒng)
動(dòng)態(tài)壓力分布，并且提供診斷工具以改進(jìn)設(shè)計(jì)。在此，用兩片單獨(dú)的傳感器進(jìn)行研究。一片放在內(nèi)側(cè)剎車片和轉(zhuǎn)軸之間，另一片放在外側(cè)剎車片和轉(zhuǎn)軸之間。用一個(gè)非旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)測(cè)試機(jī)施加剎車壓力。然后以200 Hz 的速率對(duì)夾緊力進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在施加夾緊力的過(guò)程中，峰值壓力的分布圖清楚地顯示出剎車片在轉(zhuǎn)軸上的壓力分布的不均勻性。在內(nèi)側(cè)剎車片和外側(cè)剎車片之間壓力分布的不均勻性以不同的顏色表示出來(lái)。另外也顯示出了在內(nèi)剎車片的中心和外邊緣處產(chǎn)生了較高的壓力以及卡鉗在外剎車片上產(chǎn)生的高壓。
根據(jù)圖形顯示，每個(gè)剎車片的總受力都是平衡的，然而，因?yàn)閴毫Ψ植嫉牟痪鶆?，所以每個(gè)剎車片的磨損和壓力重點(diǎn)也是不同的。類似的應(yīng)用還有活塞、轉(zhuǎn)子、卡鉗等設(shè)計(jì)。
摘要：介紹一種的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的柔性薄膜網(wǎng)格壓力傳感器，能夠?qū)θ魏谓佑|面之間的壓力分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，并以直觀、形象的二維、三維彩色圖形顯示壓力分布的輪廓和數(shù)值，進(jìn)而做出評(píng)估。對(duì)各種壓力分布的測(cè)量和分析，在各行各業(yè)的研究和發(fā)展中都起著其重要的作用。例如，汽車行業(yè)中，研究座椅的舒適性，需要測(cè)量人體對(duì)座椅的壓力分布；為輪胎的性能，需要測(cè)量輪胎與地面的接觸輪廓和壓力分布；為車門的密封性，需要測(cè)量車門密封墊在關(guān)門時(shí)的受力分布；領(lǐng)域中，醫(yī)生要診斷病人的牙齒咬合狀況，需要測(cè)量病人上下牙齒間的咬合力大小和分布，等等。所以，壓力分布的測(cè)量成為解決這些問(wèn)題的要條件。而解決這些問(wèn)題的傳統(tǒng)辦法就是進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，這樣不但效率低，而且成本也比較高。美國(guó)Tekscan 公司的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)就是基于上述情況而開(kāi)發(fā)的，它是一種經(jīng)濟(jì)、、、快速、直觀的壓力分布測(cè)量工具。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
Tekscan 壓力分布測(cè)量系統(tǒng)的之處在于其技術(shù)———柔性薄膜網(wǎng)格傳感器。
標(biāo)準(zhǔn)的Tekscan 壓力傳感器由兩片很薄的聚酯薄膜組成，其中一片薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)若干行的導(dǎo)體，另一片薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)若干列的導(dǎo)體。導(dǎo)體本身的寬度以及行間距可以根據(jù)不同的測(cè)量需要而設(shè)計(jì)。導(dǎo)體外表涂有的壓敏半導(dǎo)體材料涂層。當(dāng)兩片薄膜合為一體時(shí)，大量的橫向?qū)w和縱向?qū)w的交叉點(diǎn)就形成了壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列。當(dāng)外力作用到感應(yīng)點(diǎn)上時(shí)，半導(dǎo)體的阻值會(huì)隨外力的變化而成比例變化，由此來(lái)反映感應(yīng)點(diǎn)的壓力值。即壓力為時(shí)，阻值，壓力越大，阻值越小，從而可以反映出兩接觸面間的壓力分布情況。
傳感器內(nèi)部導(dǎo)體的寬度、行距、列距決定了每單位面積內(nèi)傳感點(diǎn)的個(gè)數(shù)，即間隙分辨率。每個(gè)傳感點(diǎn)面積可以小到1.613 mm2，行列距可小到0.5 mm.不同的傳感器面積和間隙分辨率可滿足各種不同的測(cè)量要求。例如，Tekscan 曾提供過(guò)面積為1 935 cm2、傳感點(diǎn)為100 000個(gè)的傳感器；Tekscan 開(kāi)發(fā)的牙齒咬合力分析系統(tǒng)，傳感器面積為25.8 cm2，共有1 500個(gè)傳感點(diǎn)；用于座椅壓力分布研究的傳感器具有4 000個(gè)以上的感應(yīng)點(diǎn)，分辨率為1個(gè)感應(yīng)點(diǎn)/cm2。傳感器有不同的形狀和規(guī)格，其壓力測(cè)量范圍為0〜175 MPa，度為&plun;5%。
2系統(tǒng)在座椅舒適度測(cè)量中的應(yīng)用
GM，Peugeot，Cit2roen，Renault，Volvo，Delphi，Johnson Cont rols，Bert randFaure 和Magna 等幾家大公司都在廣泛應(yīng)用Tekscan系統(tǒng)來(lái)解決座椅舒適度問(wèn)題?；赥ekscan 公司的傳感器技術(shù)，系統(tǒng)同時(shí)可以使用4 000個(gè)以上的傳感單元，分辨率每平方厘米一個(gè)傳感單元，高于任何其他的系統(tǒng)。系統(tǒng)密集的間隙分辨率能使用戶鑒別和測(cè)量縫合、接縫、墊子、線的支撐和泡沫硬度等對(duì)座椅的壓力分布和舒適度的影響效果。在駕駛過(guò)程中，系統(tǒng)具有每秒（208Hz）傳感單元的動(dòng)態(tài)壓力分布采樣能力。當(dāng)然，系統(tǒng)也能處理簡(jiǎn)單靜態(tài)的和準(zhǔn)靜態(tài)的情況。通過(guò)對(duì)壓力分布的測(cè)量結(jié)果的評(píng)估，系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)者或制造商優(yōu)化材料的選擇，分析乘客進(jìn)出的過(guò)程，從而優(yōu)化駕駛員的駕駛位置，另外，系統(tǒng)還可評(píng)估懸掛系統(tǒng)對(duì)駕駛員的影響等。
系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在其為非侵入式測(cè)量。傳感器只有0.28 mm 厚，因此，將傳感器放在座墊和靠背上面，并不妨礙乘客對(duì)座位的感覺(jué)。利用測(cè)得的壓力分布圖就可以對(duì)座椅進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
Tekscan 壓力分布測(cè)量系統(tǒng)
動(dòng)態(tài)壓力分布，并且提供診斷工具以改進(jìn)設(shè)計(jì)。在此，用兩片單獨(dú)的傳感器進(jìn)行研究。一片放在內(nèi)側(cè)剎車片和轉(zhuǎn)軸之間，另一片放在外側(cè)剎車片和轉(zhuǎn)軸之間。用一個(gè)非旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)測(cè)試機(jī)施加剎車壓力。然后以200 Hz 的速率對(duì)夾緊力進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在施加夾緊力的過(guò)程中，峰值壓力的分布圖清楚地顯示出剎車片在轉(zhuǎn)軸上的壓力分布的不均勻性。在內(nèi)側(cè)剎車片和外側(cè)剎車片之間壓力分布的不均勻性以不同的顏色表示出來(lái)。另外也顯示出了在內(nèi)剎車片的中心和外邊緣處產(chǎn)生了較高的壓力以及卡鉗在外剎車片上產(chǎn)生的高壓。
根據(jù)圖形顯示，每個(gè)剎車片的總受力都是平衡的，然而，因?yàn)閴毫Ψ植嫉牟痪鶆?，所以每個(gè)剎車片的磨損和壓力重點(diǎn)也是不同的。類似的應(yīng)用還有活塞、轉(zhuǎn)子、卡鉗等設(shè)計(jì)。
