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柔性傳感器作為現(xiàn)代電子技術(shù)的前沿領(lǐng)域，正悄然改變著我們與機(jī)器交互的方式。要讓這些柔軟的“感官”在實(shí)際應(yīng)用中可靠工作，壓力測(cè)試是不可或缺的一環(huán)。
這項(xiàng)測(cè)試通過(guò)模擬傳感器在工作環(huán)境中可能遇到的各種力學(xué)條件，系統(tǒng)評(píng)估其性能與可靠性。本文將系統(tǒng)介紹柔性傳感器壓力測(cè)試的全貌，從基本概念到具體操作，為相關(guān)領(lǐng)域研究人員和技術(shù)人員提供相關(guān)參考。

01 柔性傳感器與壓力測(cè)試基礎(chǔ)

柔性傳感器是一類采用柔性材料制成的電子傳感器，能夠貼合在復(fù)雜曲面上工作，甚至承受一定程度的拉伸和扭曲。與傳統(tǒng)剛性傳感器相比，柔性傳感器在可穿戴設(shè)備、電子皮膚、智能紡織等新興領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)。
這類傳感器的核心特征在于其機(jī)械柔韌性，而這恰恰也是其測(cè)試方法的挑戰(zhàn)所在。柔性膜擠壓式壓力傳感器的總厚度通常在2.5mm～4.0mm的范圍內(nèi)，由柔性超彈性材料、硬質(zhì)材料片及電阻應(yīng)變片組成。
壓力測(cè)試對(duì)于柔性傳感器而言，是驗(yàn)證其工作性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)這項(xiàng)測(cè)試，研究人員可以評(píng)估傳感器在不同壓力條件下的響應(yīng)特性，包括靈敏度、線性范圍、滯后性和重復(fù)性等關(guān)鍵參數(shù)。
沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格壓力測(cè)試的柔性傳感器，其實(shí)際應(yīng)用可靠性將大打折扣。


 

02 壓力測(cè)試的目的與重要性

柔性傳感器壓力測(cè)試的核心目的在于驗(yàn)證其在真實(shí)環(huán)境下的性能表現(xiàn)。隨著柔性傳感器應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，對(duì)其實(shí)驗(yàn)室性能評(píng)估提出了更高要求。
壓力測(cè)試能夠?yàn)閭鞲衅髟O(shè)計(jì)與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，工程師可以了解傳感器在不同壓力條件下的行為特征，進(jìn)而改進(jìn)材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，研究表明，通過(guò)特定的標(biāo)定方法，可以對(duì)傳感器在周邊約束和周邊自由兩種狀態(tài)下的性能進(jìn)行分析，從而提出正確使用傳感器的方法。
可靠性驗(yàn)證是壓力測(cè)試的另一重要功能。在實(shí)際應(yīng)用中，柔性傳感器可能需要長(zhǎng)期承受循環(huán)壓力負(fù)載。通過(guò)加速壽命測(cè)試，可以評(píng)估傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與耐久性，為產(chǎn)品質(zhì)量控制提供依據(jù)。
壓力測(cè)試還有助于建立行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。隨著T/QGCML 4624-2024《柔性薄膜壓力傳感器標(biāo)定測(cè)試方法》等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，柔性傳感器壓力測(cè)試正逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化。


 

03 壓力測(cè)試的方法與流程

柔性傳感器壓力測(cè)試是一個(gè)系統(tǒng)過(guò)程，需要嚴(yán)格按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。根據(jù)T/QGCML 4624-2024標(biāo)準(zhǔn)，柔性薄膜壓力傳感器的標(biāo)定測(cè)試包括術(shù)語(yǔ)定義、技術(shù)要求、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試流程、數(shù)學(xué)模型建立以及誤差分析等多個(gè)方面。

測(cè)試前準(zhǔn)備

測(cè)試前需對(duì)傳感器進(jìn)行外觀檢查，確保無(wú)可見(jiàn)損傷或污染。同時(shí)，測(cè)試環(huán)境應(yīng)保持溫度穩(wěn)定，避免環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。傳感器需在測(cè)試環(huán)境中放置足夠時(shí)間，使其達(dá)到溫度穩(wěn)定狀態(tài)。

測(cè)試流程

正式測(cè)試通常包含以下步驟：
初始性能測(cè)定：在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下記錄傳感器的基線輸出值。
加載測(cè)試：以恒定速率施加壓力，同時(shí)記錄傳感器輸出。TSKL定制壓力試驗(yàn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)0.01~500mm/min的測(cè)定速度范圍，滿足不同測(cè)試需求。
保載測(cè)試：在特定壓力值下保持一段時(shí)間，觀察傳感器的穩(wěn)定性與漂移特性。
循環(huán)測(cè)試：進(jìn)行多次加載-卸載循環(huán)，評(píng)估傳感器的重復(fù)性與耐久性。
溫度耦合測(cè)試：結(jié)合加熱板（如20*20cm的加熱板）與隔熱板（如玻纖板），在不同溫度條件下進(jìn)行壓力測(cè)試，評(píng)估溫度對(duì)傳感器性能的影響。


 

數(shù)據(jù)記錄與分析

測(cè)試過(guò)程中需詳細(xì)記錄壓力值、傳感器輸出（如電阻變化）、環(huán)境溫度等參數(shù)。后續(xù)通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立與誤差分析，對(duì)傳感器性能進(jìn)行量化評(píng)估。
研究表明，基于柔性薄膜傳感器的檢測(cè)儀經(jīng)過(guò)系統(tǒng)標(biāo)定后，通過(guò)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，6次測(cè)量結(jié)果最大標(biāo)準(zhǔn)偏差可低至0.0885，表明這種測(cè)試方法具有較高的精確度和可行性。

04 測(cè)試設(shè)備與技術(shù)參數(shù)

柔性傳感器壓力測(cè)試需要專門(mén)的設(shè)備支持。以TSKL定制壓力試驗(yàn)機(jī)為例，這類設(shè)備集成了精密機(jī)械、傳感技術(shù)和控制系統(tǒng)，能夠滿足柔性傳感器特有的測(cè)試需求。
TSKL定制壓力試驗(yàn)機(jī)的核心技術(shù)參數(shù)包括：
力學(xué)性能：最大測(cè)試荷重100KN（可定制），力傳感器精度0.5%FS，最小分解度0.001kg
運(yùn)動(dòng)控制：有效行程500mm（可定制），測(cè)定速度范圍0.01~500mm/min，采用伺服電機(jī)+電動(dòng)缸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
溫度控制：集成加熱板（20*20cm）和玻纖隔熱板，實(shí)現(xiàn)溫度模擬能力
安全保護(hù)：配備高400mm、間距20mm的安全光柵，檢測(cè)到物體靠近測(cè)試區(qū)域時(shí)自動(dòng)停止測(cè)試
與主要用于磚、石、水泥、混凝土等建筑材料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的傳統(tǒng)壓力試驗(yàn)機(jī)（如KL-2000Y型）不同，定制化的TSKL試驗(yàn)機(jī)針對(duì)柔性傳感器的測(cè)試需求進(jìn)行了專門(mén)優(yōu)化。
這類設(shè)備能夠同步監(jiān)測(cè)壓力、電阻和溫度等多個(gè)參數(shù)，為柔性傳感器在復(fù)雜環(huán)境下的性能評(píng)估提供全面數(shù)據(jù)支持。其高精度控制系統(tǒng)確保了測(cè)試條件的一致性與可重復(fù)性，這是獲得可靠測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)。



當(dāng)我們審視一臺(tái)先進(jìn)的TSKL定制壓力試驗(yàn)機(jī)，看到的不僅是100KN的最大測(cè)試荷重或0.001kg的最小分解度這些技術(shù)參數(shù)，更是柔性傳感器從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。
正如研究人員在柔性薄膜壓力傳感器標(biāo)定測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)中所追求的，每一次精密的壓力測(cè)試，都在為柔性傳感器在醫(yī)療健康、智能機(jī)器人、智能紡織等領(lǐng)域的可靠應(yīng)用增添一份信心。