基于三维界面应力传感器的微电容阵列测量方法的研究与实现

摘要

截肢表面与假肢接口之间的应力分布以及足底应力分布对医学研究有重大意义。为了测量这两种界面应力,利用平板电容和 PDMS超弹塑性材料研发了能够同时测量正压力和剪切力的界面应力传感器,该传感器为微电容传感器,其电容输出值为pF级别,其变化量将达到fF级别,所以设计研发分辨率能够达到fF级别的微电容测量电路显得尤为重要。
　　本文基于AD7142-1设计和实现了用于三维界面应力传感器的微电容测量电路,该测量电路能够测量20pF-1fF范围内微电容,最大分辨率达到4fF。同时设计和实现了微电容阵列测量电路,可实现对8×8路微电容阵列的实时测量。该系统主要分为硬件测量电路以及上位机显示两部分,可以完成对微电容阵列的测量以及与上位机显示的通信。微电容采用的是平板电容式的传感器,对其施加外力所引起的电容变化量经过AD7142-1转化为相应的数字量通过I2C串行通信总线口输出,MSP430G2553单片机对输出的电容变化量进行处理,并通过串口总线与上位机通信,在LabVIEW界面显示电容阵列的变化分布。
　　本课题对微电容及其阵列的测量提供了解决方案,具有一定的现实意义。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 课题主要内容

1.3 论文章节安排

第二章 三维界面应力传感器介绍

2.1 三维界面应力传感器的基本结构

2.2 三维界面应力传感器的设计

2.3 三维界面应力传感器

第三章 微电容阵列硬件测量电路的设计与实现

3.1 微电容测量电路的设计与实现

3.2 微电容阵列测量方法

3.3 本章小结

第四章 微电容阵列测量电路上位机的设计与实现

4.1 串口通信协议

4.2 LabVIEW三维图

4.3 微电容阵列测量上位机实现

4.4 本章小结

第五章 测量电路与上位机的测试

5.1 下位机模块的功能测试

5.2 上位机模块的功能测试

5.3 系统联调及结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献