本發(fā)明涉及摩擦傳感測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置。

背景技術(shù)：

目前，摩擦發(fā)電式傳感器已應用于人體生理信號的監(jiān)測和采集，但對于摩擦發(fā)電式傳感器的測試過程，現(xiàn)有的摩擦傳感測試裝置主要是在兩個硬質(zhì)靠板之間放置摩擦發(fā)電式傳感器，并利用驅(qū)動機構(gòu)帶動一個硬質(zhì)靠板相對于另一個硬質(zhì)靠板進行相向和背向的反復運動以模擬人體微運動，迫使摩擦發(fā)電式傳感器的兩個摩擦表面進行硬接觸。由于兩個硬質(zhì)靠板無法模擬人體組織彈性以及人體微運動的程度(如呼吸的頻率、深度等)，使得這種測試方式與實際人體心跳、呼吸等微運動之間存在極大的差異性，最終導致該摩擦傳感測試裝置的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在極大的不一致性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述全部或部分問題，本發(fā)明提供一種模擬人體微運動如呼吸和心跳等的摩擦傳感測試裝置，其能夠促使摩擦發(fā)電式傳感器的兩個摩擦表面進行軟接觸，以降低該摩擦傳感測試裝置的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在的不一致性。

本發(fā)明提供一種模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置，其包括：第一機架；設(shè)置在所述第一機架上的彈性靠板和執(zhí)行氣囊，所述彈性靠板與執(zhí)行氣囊之間形成有容納空間，所述容納空間內(nèi)可設(shè)置摩擦發(fā)電式傳感器；與所述執(zhí)行氣囊相連的氣驅(qū)單元。其中，所述氣驅(qū)單元設(shè)置成能夠反復改變所述執(zhí)行氣囊內(nèi)的充氣量，使得所述摩擦發(fā)電式傳感器的兩個摩擦表面能夠接觸和分離。

進一步地，所述氣驅(qū)單元包括與所述執(zhí)行氣囊相連通的驅(qū)動氣囊，以及能夠承載并反復擠壓所述驅(qū)動氣囊以改變所述執(zhí)行氣囊內(nèi)的充氣量的擠壓機構(gòu)；其中，所述執(zhí)行氣囊與所述驅(qū)動氣囊通過導氣管連通。

進一步地，所述擠壓機構(gòu)包括能夠承載所述驅(qū)動氣囊的第二機架以及可偏心轉(zhuǎn)動地設(shè)在所述第二機架上的轉(zhuǎn)動件，所述轉(zhuǎn)動件能夠反復地擠壓所述驅(qū)動氣囊，所述驅(qū)動氣囊被擠壓后使其內(nèi)部的部分氣體經(jīng)導氣管進入執(zhí)行氣囊內(nèi)。

進一步地，所述轉(zhuǎn)動件是凸輪或偏心輪。

進一步地，所述轉(zhuǎn)動件的橫截面是橢圓形，所述橢圓形的長半徑是20-25mm，短半徑是18-22mm，并且長半徑大于短半徑。

進一步地，在所述轉(zhuǎn)動件的外周上間隔開地設(shè)有用于擠壓所述驅(qū)動氣囊的多個凸起。

進一步地，所述凸起是以所述橢圓形的外邊緣為圓心且半徑是3-5mm的半圓柱體。

進一步地，所述半圓柱體的數(shù)量是兩個，兩個所述半圓柱體間的中心連線穿過所述橢圓形的圓心，并與所述長半徑形成20-40度的夾角。

進一步地，所述擠壓機構(gòu)還包括設(shè)于所述轉(zhuǎn)動件與驅(qū)動氣囊之間的緩沖式傳動器，使得所述轉(zhuǎn)動件能夠通過驅(qū)動緩沖式傳動器來反復擠壓所述驅(qū)動氣囊。

進一步地，所述緩沖式傳動器包括依次遠離所述轉(zhuǎn)動件的第一傳動板和第二傳動板，以及設(shè)于所述第一傳動板和第二傳動板之間的彈性伸縮件。

進一步地，所述緩沖式傳動器還包括導向桿，所述導向桿的一端在貫穿所述彈性伸縮件之后固定在所述第二傳動板上，而另一端可滑動地貫穿所述第一傳動板。

進一步地，所述第二機架包括用于承載所述驅(qū)動氣囊的載物臺和垂直地設(shè)于所述載物臺上的支撐板，所述轉(zhuǎn)動件通過轉(zhuǎn)軸可偏心轉(zhuǎn)動地設(shè)在所述支撐板上，所述轉(zhuǎn)軸與載物臺相平行，所述轉(zhuǎn)動源設(shè)在所述載物臺上且與所述轉(zhuǎn)軸相連。

進一步地，所述擠壓機構(gòu)還包括設(shè)在所述第二機架上的轉(zhuǎn)動源，所述轉(zhuǎn)動源為轉(zhuǎn)動件提供動力。

進一步地，所述摩擦傳感測試裝置還包括與所述執(zhí)行氣囊或驅(qū)動氣囊相連的總氣量調(diào)整組件。

進一步地，所述總氣量調(diào)整組件包括與所述執(zhí)行氣囊或驅(qū)動氣囊相連的且?guī)п寜洪y的補氣氣囊。

進一步地，所述第一機架包括底板和頂板及設(shè)于所述底板和底板之間的支撐側(cè)板，所述彈性靠板和執(zhí)行氣囊二者中的一個與所述頂板相連，而二者另一個與所述底板相連。

本發(fā)明的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置能夠通過氣驅(qū)單元反復改變執(zhí)行氣囊內(nèi)的充氣量以使執(zhí)行氣囊模擬人體微運動，如人體心跳、呼吸等微運動，本發(fā)明的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置能夠給摩擦發(fā)電式傳感器施加呈周期性變化、溫和可控的壓力，并且由于執(zhí)行氣囊在模擬人體微運動的同時還能夠通過自身彈性變形來模擬人體組織彈性，使得摩擦發(fā)電式傳感器的兩個摩擦表面能夠進行軟接觸，以便降低該摩擦傳感測試裝置的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在的不一致性。

另外，本發(fā)明的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用安全可靠，便于實施推廣應用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置的緩沖式傳動器；

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置的轉(zhuǎn)動件；

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置在模擬人體呼吸和心跳后所檢測的波形圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該摩擦傳感測試裝置100包括第一機架1、設(shè)于第一機架1上的彈性靠板2和設(shè)于第一機架1上的執(zhí)行氣囊3，以及與執(zhí)行氣囊3相連的氣驅(qū)單元5。其中，彈性靠板2與執(zhí)行氣囊3之間形成有容納空間，摩擦發(fā)電式傳感器9能夠設(shè)置在該容納空間內(nèi)，以用于檢測模擬的人體微運動。其中，摩擦發(fā)電式傳感器9可以為基于摩擦發(fā)電機的生理信號傳感帶。傳感帶包括依次層疊設(shè)置的第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層和第二電極層，其中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對的兩個表面構(gòu)成摩擦界面，并且在構(gòu)成摩擦界面的兩個表面中的至少一個表面上設(shè)有凸起陣列結(jié)構(gòu)，第一電極層和第二電極層構(gòu)成傳感帶的兩個信號輸出端；在不受外力的情況下，凸起陣列結(jié)構(gòu)使兩摩擦表面相互分離。彈性靠板2的材料可選為橡膠或硅膠等。

根據(jù)本發(fā)明，氣驅(qū)單元5設(shè)置成能夠反復改變執(zhí)行氣囊3內(nèi)的充氣量，以使執(zhí)行氣囊3模擬人體微運動，使得摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面能夠接觸和分離，其中所模擬的人體微運動包括人體心跳、呼吸等微運動。本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置100能夠通過氣驅(qū)單元5反復改變執(zhí)行氣囊3內(nèi)的充氣量以使執(zhí)行氣囊3模擬人體微運動，如人體心跳、呼吸等微運動，由于執(zhí)行氣囊3和彈性靠板2在模擬人體微運動的同時還能夠通過自身彈性變形起到緩沖的作用，以模擬人體組織彈性，使得摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面能夠進行軟接觸，以便降低該摩擦傳感測試裝置100的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在的不一致性。

氣驅(qū)單元5可選為一個能夠執(zhí)行補氣和放氣的氣泵系統(tǒng)。但在該實施例中，氣驅(qū)單元5并未選擇常規(guī)的氣泵系統(tǒng)，其主要包括與執(zhí)行氣囊3相連通的驅(qū)動氣囊51，以及能夠反復擠壓驅(qū)動氣囊51的擠壓機構(gòu)。其中，執(zhí)行氣囊3和驅(qū)動氣囊51通過導氣管連通。擠壓機構(gòu)在對驅(qū)動氣囊51進行反復擠壓的過程中，由于驅(qū)動氣囊51與執(zhí)行氣囊3相連通，使得擠壓機構(gòu)能夠通過驅(qū)動氣囊51來控制執(zhí)行氣囊3，進而反復改變執(zhí)行氣囊3內(nèi)的充氣量以使該執(zhí)行氣囊3模擬人體微運動。也就是說，當驅(qū)動氣囊51在擠壓機構(gòu)的作用下使其體積減小時，驅(qū)動氣囊51內(nèi)被擠出的氣體沿著導氣管進入執(zhí)行氣囊3內(nèi)，迫使執(zhí)行氣囊3的體積增大，從而在摩擦發(fā)電式傳感器9上施加模擬人體微運動的載荷，使摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面相互接觸；反之，當驅(qū)動氣囊51在被擠壓之后恢復原狀時，被擠壓而擠出的氣體又沿著導氣管返回驅(qū)動氣囊51內(nèi)，此時，執(zhí)行氣囊3作用在摩擦發(fā)電式傳感器9上的載荷減小或消失，摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面在凸起陣列結(jié)構(gòu)的作用下相互分離。由此，執(zhí)行氣囊3隨著驅(qū)動氣囊51的收縮和膨脹而膨脹和收縮的過程與人體呼吸時胸腔的膨脹和收縮的過程極為接近。此外，通過導氣管將執(zhí)行氣囊3與驅(qū)動氣囊51相連，能夠?qū)D壓機構(gòu)與摩擦發(fā)電式傳感器9間分開設(shè)置，以降低擠壓機構(gòu)對摩擦發(fā)電式傳感器9產(chǎn)生的電磁干擾，提高檢測結(jié)果的準確度。

在該實施例中，擠壓機構(gòu)包括能夠承載驅(qū)動氣囊51的第二機架52，以及可偏心轉(zhuǎn)動地設(shè)在第二機架52上的轉(zhuǎn)動件54，其中轉(zhuǎn)動件54能夠擠壓驅(qū)動氣囊51，驅(qū)動氣囊51被擠壓后使其內(nèi)部的部分氣體經(jīng)導氣管進入執(zhí)行氣囊3內(nèi)。其中，轉(zhuǎn)動件54優(yōu)選是凸輪或偏心輪。通過與執(zhí)行氣囊3相連通的驅(qū)動氣囊51已將擠壓機構(gòu)與摩擦發(fā)電式傳感器9間隔開，在此基礎(chǔ)之上又通過相互獨立的第一機架1和第二機架52分別承載擠壓機構(gòu)與摩擦發(fā)電式傳感器9，使得第二機架52因擠壓機構(gòu)的工作而產(chǎn)生的震動基本不影響第一機架1上的摩擦發(fā)電式傳感器9和執(zhí)行氣囊3的工作，可進一步提高檢測結(jié)果的準確度。其中，擠壓機構(gòu)還可選成能夠進行反復伸縮運動的直線驅(qū)動系統(tǒng)，如液壓缸系統(tǒng)、氣壓缸系統(tǒng)或直線電機系統(tǒng)等。

容易理解的是，該轉(zhuǎn)動件54可被非摩擦傳感測試裝置100的動力機構(gòu)驅(qū)動，但最好是該摩擦傳感測試裝置100具有能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)動件54的動力機構(gòu)，如所述擠壓機構(gòu)還包括設(shè)于第二機架52上的轉(zhuǎn)動源53，轉(zhuǎn)動源53為轉(zhuǎn)動件54提供動力。其中，該轉(zhuǎn)動源53可選為能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)動件54的電動機、發(fā)動機或其他能夠輸出轉(zhuǎn)動的裝置。該轉(zhuǎn)動源53通過偏心轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動件54來反復地擠壓驅(qū)動氣囊51，并通過驅(qū)動氣囊51來控制執(zhí)行氣囊3的充氣量，在此過程中，由于對執(zhí)行氣囊3的充氣量的調(diào)整主要通過轉(zhuǎn)動件54的外形和偏心轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，因此通過調(diào)整轉(zhuǎn)動源53的轉(zhuǎn)速能夠使執(zhí)行氣囊3進行周期性的膨脹和收縮動作，以模擬人體呼吸的過程。

當需要模擬人體微運動中的周期性特殊變化時，可在轉(zhuǎn)動件54的外周上間隔開地設(shè)有用于擠壓驅(qū)動氣囊51的多個凸起55，并通過凸起55來模擬人體微運動中的周期性特殊變化。其中，凸起55的數(shù)量、形態(tài)和位置根據(jù)具體的微運動來定。例如人在呼吸時必然伴有心臟跳動，那么在摩擦發(fā)電式傳感器9檢測人體的呼吸信號時，其測得的信號中必然伴有心臟跳動的信號，即測得的信號是呼吸和心跳的復合信號，同時還可能伴有其他人體微運動的微弱信號。在圖3所示的優(yōu)選實施例中，待模擬的人體微運動同時包含人體的呼吸和心跳，轉(zhuǎn)動件54的橫截面是橢圓形，橢圓形的長半徑r1是20-25mm，而短半徑r2是18-22mm，并且長半徑大于短半徑，凸起55是以該橢圓形的外邊緣為圓心且半徑r0是3-5mm的半圓柱體，該半圓柱體的數(shù)量是兩個，兩個半圓柱體間的中心連線穿過橢圓形的圓心，并與長半徑r1形成20-40度的夾角。優(yōu)選地，橢圓形的長半徑r1為23mm，短半徑r2為20mm，凸起的半徑r0為4mm，凸起的中心連線與長半徑的夾角為30度?？蛇x地，凸起除了可以為半圓柱體外，還可以為半圓球狀等其他類似形狀。在本實施例中，該模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置能夠通過轉(zhuǎn)動件54橢圓的外圓周對驅(qū)動氣囊51的擠壓作用模擬人體的呼吸過程，并且通過凸起55對驅(qū)動氣囊51的脈動式的擠壓作用模擬人體的心跳過程，以達到同時模擬呼吸和心跳的目的。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置在模擬人體呼吸和心跳后所檢測的波形圖，該實施例所用的轉(zhuǎn)動件54就是圖3所示的轉(zhuǎn)動件54，根據(jù)圖4可以得知圖3所示的轉(zhuǎn)動件54能夠良好模擬人體的呼吸和心跳，并保證在模擬人體呼吸和心跳后所檢測的波形圖能夠與實際人體的呼吸和心跳波形圖大致吻合。

在本實施例中，擠壓機構(gòu)還包括設(shè)于轉(zhuǎn)動件54與驅(qū)動氣囊51之間的緩沖式傳動器56，其中轉(zhuǎn)動件54能夠通過緩沖式傳動器56來反復擠壓驅(qū)動氣囊51，詳見圖1和圖2。轉(zhuǎn)動件54在通過緩沖式傳動器56反復擠壓驅(qū)動氣囊51時，能夠有效地避免轉(zhuǎn)動件54直接硬性地擠壓驅(qū)動氣囊51，一方面可以提高驅(qū)動氣囊51的使用壽命，另一方面還可促使轉(zhuǎn)動件54對驅(qū)動氣囊51施加壓力的過程更加舒緩，從而使執(zhí)行氣囊3對摩擦發(fā)電式傳感器9的作用過程更接近實際人體的呼吸和心跳作用過程，使摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面能夠進行更軟的接觸，以進一步降低該摩擦傳感測試裝置100的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在的不一致性。

緩沖式傳動器56可直接選為能夠執(zhí)行彈性伸縮的構(gòu)件或組件，如橡膠塊、硅膠塊或兩者組合。在該實施例中，緩沖式傳動器56包括依次遠離轉(zhuǎn)動件54的第一傳動板561和第二傳動板562，以及設(shè)于第一傳動板561和第二傳動板562之間的彈性伸縮件563，詳見圖2，通過彈性伸縮件563的緩沖作用可使轉(zhuǎn)動件54對驅(qū)動氣囊51施加壓力的過程更加舒緩。其中，彈性伸縮件563可以是一個比較大的橡膠塊、硅膠塊或彈簧，也可是以陣列形式排布在設(shè)于第一傳動板561和第二傳動板562之間的橡膠塊、硅膠塊或彈簧。

為了防止彈性伸縮件563相對第一傳動板561和第二傳動板562串動而脫離第一傳動板561和第二傳動板562，緩沖式傳動器56還包括導向桿564，導向桿564的一端在貫穿彈性伸縮件563之后固定在第二傳動板562上，而另一端可滑動地貫穿第一傳動板561。除此之外，彈性伸縮件563的兩端可分別與第一傳動板561和第二傳動板562相連，如焊接、卡接或粘接等。

在一個優(yōu)選的實施例中，轉(zhuǎn)動源53選為調(diào)速電機，而摩擦傳感測試裝置100還包括與調(diào)速電機相連的電機控制器。由于不同個體的人體微運動存在細微差異，因此為了能夠模擬不同個體的人體微運動，可通過調(diào)整調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速方式來精準地控制執(zhí)行氣囊3的伸縮，以達到模擬不同個體的人體微運動的目的。

在一個實施例中，該摩擦傳感測試裝置100還包括與執(zhí)行氣囊3或驅(qū)動氣囊51相連的總氣量調(diào)整組件6。其中，總氣量調(diào)整組件6可包括與執(zhí)行氣囊3或驅(qū)動氣囊51相連的且?guī)п寜洪y的補氣氣囊。鑒于個體間的體型和體質(zhì)差異，如胖瘦、體重或由于體脂含量導致的組織彈性不同，為了讓執(zhí)行氣囊3能夠模擬不同個體的情況，可通過總氣量調(diào)整組件6來調(diào)整執(zhí)行氣囊3和驅(qū)動氣囊51內(nèi)的總氣量，以使執(zhí)行氣囊3能夠模擬不同個體的人體情況。為了總氣量調(diào)整組件6精準地調(diào)整執(zhí)行氣囊3和驅(qū)動氣囊51內(nèi)的總氣量，該摩擦傳感測試裝置100可包括與執(zhí)行氣囊3或驅(qū)動氣囊51相連的壓力測試儀7。其中，壓力測試儀7優(yōu)選是可顯示讀數(shù)的機械式氣壓表或電子式氣壓表。

在一個優(yōu)選的實施例中，第二機架52包括用于承載驅(qū)動氣囊51的載物臺521和垂直地設(shè)于載物臺521上的支撐板522，轉(zhuǎn)動件54通過轉(zhuǎn)軸54a可偏心轉(zhuǎn)動地設(shè)在支撐板522上，轉(zhuǎn)軸54a與載物臺521相平行，轉(zhuǎn)動源53設(shè)在載物臺521上且與轉(zhuǎn)軸54a相連。本實施例的第二機架52不僅不干擾氣驅(qū)單元5內(nèi)各部部件之間的運動，而且還具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、強度高和制造方便等優(yōu)點。

在一個優(yōu)選的實施例中，第一機架1包括底板11和頂板12及設(shè)于底板11和頂板12之間的支撐側(cè)板13，其中，彈性靠板2和執(zhí)行氣囊3二者中的一個與頂板12相連，而二者另一個與底板11相連。本實施例的第二機架52不僅不干擾執(zhí)行氣囊3和摩擦發(fā)電式傳感器9的工作，而且具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、強度高和制造方便等優(yōu)點。

綜上可知，本發(fā)明實施例的模擬人體微運動的摩擦傳感測試裝置100能夠給摩擦發(fā)電式傳感器9施加呈周期性變化、溫和可控的壓力，使摩擦發(fā)電式傳感器9的兩個摩擦表面進行軟接觸，以便降低該摩擦傳感測試裝置100的測試結(jié)果與實際人體測試結(jié)果之間存在的不一致性。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當中。