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健身帶電容式觸覺傳感器
來源:薄膜壓力傳感器壓力分布 | 發(fā)布時間:2019/8/2 12:09:22 | 瀏覽次數(shù)：
新興的可穿戴技術(shù)市場正迅速被健身帶、智能手表和智能耳機淹沒。這些設(shè)備可以收集你的各種信息，從你的步數(shù)到心率，再到你得到的睡眠量。 對于長期接觸身體的可穿戴設(shè)備，在特定點施加的壓力是首要考慮因素。太多和設(shè)備不舒服，但太少和讀數(shù)可能變得不準(zhǔn)確。然而，測量壓力可能很困難，因為大多數(shù)人往往對壓力變化更為敏感，而不是恒載。隨著設(shè)計越來越先進(jìn)，他們采用的傳感器技術(shù)也必須如此。 職業(yè)體育 毫不懷疑，可穿戴設(shè)備越來越受到運動人員和體育科學(xué)家的歡迎，試圖獲得性能優(yōu)勢。紅牛高性能團隊的技術(shù)專家布蘭登·拉森擁有在該領(lǐng)域工作的經(jīng)驗，并領(lǐng)導(dǎo)了一個收集數(shù)據(jù)并為幾位精英沖擊者提供了解的項目。 最初的研究集中在確定沖浪者的腳的壓力如何轉(zhuǎn)移到?jīng)_浪板來控制它。為了實現(xiàn)這一點，高分辨率壓力圖被用于與“靴”內(nèi)底的傳感器相結(jié)合。捕捉到整個腳底壓力的細(xì)微變化被證明是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因為海浪不斷地沖擊，加上沖浪者的腳所施加的各種力量。 此外，還需要壓力繪圖傳感器系統(tǒng)和相應(yīng)的電子設(shè)備來承受水、腐蝕、高濕度和一系列溫度。考慮到這些選擇，拉森選擇了電容式傳感技術(shù)，這項技術(shù)最近比電阻式傳感器有很多優(yōu)點。這包括更高的穩(wěn)定性、重復(fù)性和耐久性，以及測量極低壓力水平的準(zhǔn)確性。此外，傳感器不受濕度影響。 拉森最終選擇了電容式觸覺傳感系統(tǒng)（PPS）。電容式觸覺傳感器采用可壓縮介質(zhì)結(jié)構(gòu)隔開的兩個電極，當(dāng)施加壓力時，間隙減小，電容增大。與電阻技術(shù)不同，兩個電極永遠(yuǎn)不會接觸。因此，電容式傳感器即使承受多個重復(fù)負(fù)載，也不太容易磨損或失效。 使用電容式傳感器，可以使用精密的陣列測量壓力，該陣列測量數(shù)千個力點，然后用于創(chuàng)建高分辨率的“力圖”。然后，結(jié)合這一點，微型力傳感器測量在離散點的壓力，以幫助和關(guān)聯(lián)壓力數(shù)據(jù)。 PPS傳感器不需要手指或觸筆與單個電極交互。相反，由專有的可壓縮介質(zhì)矩陣隔開的兩個電極就像彈簧。 為了構(gòu)建其接觸式串聯(lián)傳感器，PPS將電極排列為正交叉的疊重條帶。在極重的每個點處形成不同的電容器。通過選擇性地掃描單個行和列，測量該位置處的電容，從而測量局部壓力。 沖浪 在設(shè)計過程中，由于水對信號的干擾，使得車載無線數(shù)據(jù)采集變得非常困難。部署的系統(tǒng)稱為TactArray傳感器，具有多達(dá)8192個集成傳感元件，能夠測量0.01psi至700psi的壓力。 然而，它們并不是防水的，所以公司提供了護(hù)套來保護(hù)觸覺陣列。在這里，雙方的工程師也合作為數(shù)據(jù)采集計算機創(chuàng)造了一個小型的3D打印防水外殼。為了方便安置住房，研究小組在腳踝彎曲點下方創(chuàng)建了一個定制的口袋，這樣就不會干擾沖浪者的技術(shù)。 PPS傳感器系統(tǒng)由紅牛贊助的沖浪者在墨西哥的沖浪科技營進(jìn)行測試。該系統(tǒng)成功地捕捉和存儲了數(shù)小時的沖浪數(shù)據(jù)，為世界級的精英沖浪者如何使用腳來控制沖浪板提供了獨特的視角。 拉森設(shè)想下一步是將觸覺陣列傳感器嵌入沖浪板的甲板，以收集腳的壓力分布和位置。迄今為止，沖浪者腳的位置只能通過視頻進(jìn)行視覺評估。 紅牛高性能團隊為這項技術(shù)考慮的其他應(yīng)用包括將其融入到翼服中，以更好地了解空氣動力學(xué)皮膚上的氣流和氣壓分布；山地自行車賽車手套或手柄，以確定抓地力和制動時間，以及在滑板的甲板上確定滑板運動員在表演特定技巧和動作時的壓力分布。 “能夠在這些應(yīng)用程序中看到壓力信號是一個改變游戲規(guī)則的T。紅牛高性能團隊為這項技術(shù)考慮的其他應(yīng)用包括將其融入到翼服中，以更好地了解空氣動力學(xué)皮膚上的氣流和氣壓分布；山地自行車賽車手套或手柄，以確定抓地力和制動時間，以及在滑板的甲板上確定滑板運動員在表演特定技巧和動作時的壓力分布。 拉森說：“能夠在其中一些應(yīng)用程序中看到壓力信號是一種改變游戲規(guī)則的工具。” 不是為每個人 然而，電容式觸覺傳感器也有缺點。與電阻式傳感器一樣，它們也可能存在長期的負(fù)載問題。因為它們通常是用硅彈性材料設(shè)計的，所以這種材料會蠕變。這會導(dǎo)致傳感器輸出在一段時間內(nèi)發(fā)生非常輕微的變化。在需要稱重傳感器穩(wěn)定性的應(yīng)用中，可以使用金屬屈肌來提高長期穩(wěn)定性。 由于其復(fù)雜的陣列結(jié)構(gòu)，它們也不是最快的。延遲不太可能影響大多數(shù)應(yīng)用程序，尤其是可穿戴設(shè)備，但您可能不想使用它來觸發(fā)安全氣囊。盡管電容式觸覺傳感器的成本在過去幾年中有所下降，但電阻式傳感器仍然明顯便宜。
 
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