基于霍尔效应的分布式柔性力位传感测量装置设计及制造

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分布式压力和接触面形状测量在运动、工作、休息及康复医疗和工业测量等领域应用非常广泛。尤其在卒中患者早期康复训练过程中监测阻抗反应意义重大,例如坐姿-站立(STS)和平衡康复训练时,监测健康侧和患侧压力等不对称及足型对偏瘫患者的影响;行走康复训练时,定量分析压力分布进行步态评估,为康复外骨骼提供数据支撑等。因此本文设计了一个集力、位移和阻抗传感于一体的人类特有的康复传感系统。本文提出的分布式柔性力位传感测量装置有如下优点:1)针对传统分布式传感器只能获取力信息,无法获取接触面形状信息的问题,本文提出了一种基于软磁的传感系统,通过测量柔性表面上施加的力引起弹性体发生形变,进而霍尔传感器感应到磁场变化,同时获取压力和变形信息;2)针对目前分布式传感器多为刚性传感器,而康复训练等很多场景除满足刚性需求外,还需要具有曲面适应性,本文设计的基于柔性材料的分布式力位传感器,通用性强;3)目前的通用设备组件往往是高度集成的,一旦出现问题,昂贵的设备必须报废,本文提出的传感平台采用了模块化的设计思路,组件可替换性强,可大大降低修护成本。具体来讲,论文首先对分布式柔性力位传感模型进行了研究和理论分析。建立分布式力位传感模型,通过仿真及数值计算手段对分布式传感的布置进行优化分析;在此基础上,本文提出模块化的设计思路,完成分布式柔性力位传感平台的结构设计,包括传感器的形状尺寸和材料选取。完成了分布式柔性力位传感装置的样机设计,包括分布式柔性力位测量平台、数据采集硬件设备和上位机软件系统。接着,对分布式柔性力位传感装置的性能进行实验测评。包括力位传感器的灵敏度等静态性能标定、柔性传感模块及分布式力位测量实验。对多个传感单元进行压缩实验,实验过程中同时读取力和变形,与真实压力值进行比较;之后对分布式测量平台进行压缩实验,结果表明本文设计的传感器可以同时获取分布式力位信息。
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