本發明專利技術涉及一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置及其測量方法，包括彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導板、高分辨率彩色圖片拍攝裝置、密閉外殼，玻璃光波導板設置于密閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導板上端面，高分辨率彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內，高分辨率彩色圖片拍攝裝置設有與玻璃光波導板相對的拍攝鏡頭，在玻璃光波導板周向設有管子，紅色LED光源設置于管子內。本發明專利技術基于光全內反射的原理，當光由光密介質射到光疏介質的界面時，光全部被反射到原介質。本發明專利技術成本低、分辨率高，易攜帶，可測量靜態、動態壓力分布，可生成二維、三維壓力分布圖、動態重心移動軌跡圖，使用簡單，操作方便。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種壓力分布測量裝置及其測量方法，尤其涉及一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置及其測量方法。
技術介紹
目前，在許多行業中，對壓力分布的測量和分析都起著極其重要的作用。如在人體工程學中，對座椅設計和舒適度研究方面,由于人體各部位對壓力的承受能力不同，壓力過高或者過低都會使人感到不舒適，通過人體在座椅上的壓力分布檢測，研究人員可以了解到人體各部位所承受的壓力，從而指導座椅舒適性設計；在汽車輪胎設計方面，通過測量輪胎的對地壓力分布，可以分析輪胎的壓力特性與駕駛性能的關系、輪胎印痕與路面磨損的關系等，對輪胎生產的質量控制具有重要意義；同時在電路板印刷壓力平衡調整、高速碰撞研究、醫療和商業床墊的設計、人類步態分析等方面也都具有重要的意義。目前，市場上的壓力分布測量儀器的主要原理都采用壓阻式傳感器，若干個壓阻式傳感器進行矩陣式排列，每個傳感器都是一個感測因子，在壓力作用下，測量每個感測因子的阻值變化，從而獲得壓力大小、時間以及作用區域等信息。此類壓力分布測量存在分辨率低、價格昂貴等問題，不便于大規模推廣。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提供一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置及其測量方法，壓力分布測量成本低、分辨率高，易攜帶，使用簡單，操作方便。為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置，包括彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導板、高分辨率彩色圖片拍攝裝置、上端敞口的密閉外殼，玻璃光波導板設置于密閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導板上端面，高分辨率彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內，高分辨率彩色圖片拍攝裝置設有與玻璃光波導板相對的拍攝鏡頭，在玻璃光波導板的周向設有管子，紅色LED光源設置于管子內。高分辨率彩色圖片拍攝裝置為CMOS或CCD相機。還包括上位機，CMOS或CCD相機與上位機之間通過WIFI無線數據傳輸。彈性暗色薄膜的面積大于等于玻璃光波導板的面積。一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置對應的測量方法，包括如下步驟：（1）.首先，在基于光全內反射的壓力分布測量裝置測量壓力分布之前，需要標定，標定方法步驟如下：a.將CMOS或CCD相機設定好，當玻璃光波導板上空載時，CMOS或CCD相機拍攝彩色圖片并傳給上位機，上位機對圖片的圖像進行處理，提取圖像中的紅色分量，為一個型矩陣，其中表示圖片的大小；b.在玻璃光波導板上放置一件標準重量的砝碼，CMOS或CCD相機拍攝彩色圖片并傳給上位機，上位機對圖片的圖像進行處理，提取圖像中的紅色分量,為一個型矩陣，其中表示圖片的大小；c.計算像素每個紅色分量值對應的壓力值：首先計算與的差值： ，然后計算所有像素紅色分量總和：，其中，為中第行第列元素，為所有像素紅色分量總和，最后計算像素每個紅色分量值對應的壓力值：，其中為標準重量砝碼的重量，為每個紅色分量值對應的壓力值；（2）.標定完成后，把需要測量的物體放置在玻璃光波導板上，CMOS或CCD相機拍攝彩色圖片并傳給上位機，上位機對圖片的圖像進行處理，提取圖像中的紅色分量，生成矩陣，減掉空載時的紅色分量： ，然后與每個紅色分量值對應的壓力值相乘： ，從而得到各個像素的壓力分布，根據繪制出相應的二維壓力分布圖和三維壓力分布圖；（3）.通過連續拍攝圖片，通過下面兩個公式計算壓力重心：，，其中（，）為t時刻壓力重心，、分別為t時刻拍攝圖片的像素橫坐標和像素縱坐標，為t時刻拍攝圖片的坐標處的壓力值，根據計算的不同時刻的壓力重心繪制出動態壓力重心軌跡圖。本專利技術是基于光全內反射（TIR，Total Internal Reflection）的原理，當光由光密介質射到光疏介質的界面時，光全部被反射到原介質。本專利技術主要由彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導板、高分辨率彩色圖片拍攝裝置（小型CMOS/CCD相機，帶WIFI傳輸功能）、密閉外殼及上位機組成，主要工作原理如下：暗色彈性薄膜遮蓋住整個裝置，使外界光無法進入裝置。紅色LED光源分布在玻璃玻璃光導板的四周，從玻璃光波導板側邊照射到玻璃光波導板內部，為了避免光散射，紅色LED光源全部被安裝在管子里，由于空氣的反射率小于玻璃，根據光全內反射的原理，當紅色光在玻璃光波導板內部入射角小于其臨界角時，紅色光只在玻璃光波導板內反射，沒有光傳遞到外面，照相機拍不到光線，拍攝的圖片是一片黑色。當有暗色彈性薄膜上有壓力時，壓力通過薄膜傳遞到玻璃光波導板，導致玻璃光波導板上端發生變形，在變形處發生漫反射，從而產生一個對應壓力分布的彩色光線圖，通過照相機的拍攝獲取這個彩色光線圖，并利用WiFi傳遞給上位機。彩色光線圖即彩色圖片其實是一個3維矩陣，，表示圖片的大小，3為紅、綠、藍三個分量，上位機提取圖片中紅色分量，并做適當的處理，根據計算每個像素的紅色分量值（0—255）和標定的每個紅色分量值對應的壓力值，從而獲得壓力分布圖，通過連續拍攝圖片并處理，可以獲得動態重心軌跡圖。 因為光源用的紅色LED，所以處理的都是紅色分量，每張照片都要提取紅色分量。本專利技術壓力分布測量裝置采用電池供電，具有成本低、分辨率高，易攜帶等特點，可以測量靜態、動態等壓力分布，并且可以生成二維、三維壓力分布圖、動態重心移動軌跡圖等，使用簡單，操作方便。附圖說明圖1為本專利技術的部分分解結構示意圖。圖2為本專利技術的俯視結構示意圖。圖3為本專利技術的紅色LED光源配合于套子內的結構示意圖。圖4為本專利技術的原理結構示意圖。圖5為本專利技術上位機的流程框圖。圖6為被測量物體圖像的紅色分量圖。圖7為被測量物體的二維壓力分布示意圖。圖8為被測量物體的三維壓力分布示意圖。圖9為被測量物體的動態壓力重心軌跡示意圖。圖中：彈性暗色薄膜1、紅色LED光源2、玻璃光波導板3、高分辨率彩色圖片拍攝裝置4、拍攝鏡頭4-1、密閉外殼5、上位機6、管子7、物體8。具體實施方式以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述：在實施例1中，見圖1～圖9，一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置，包括彈性暗色薄膜1、紅色LED光源2、玻璃光波導板3、高分辨率彩色圖片拍攝裝置4、上端敞口的密閉外殼5、上位機6，玻璃光波導板3設置于密閉外殼5的上端敞口處，彈性暗色薄膜1位于玻璃光波導板3上端面，高分辨率彩色圖片拍攝裝置4位于密閉外殼5內，高分辨率彩色圖片拍攝裝置4設有與玻璃光波導板3相對的拍攝鏡頭4-1，在玻璃光波導板3的周向設有管子7，紅色LED光源2設置于管子7內。上位機6即計算機，安裝對應的軟件。本實施例高分辨率彩色圖片拍攝裝置4為CMOS相機。CMOS相機與上位機6之間通過WIFI無線數據傳輸。彈性暗色薄膜1的面積大于等于玻璃光波導板3的面積。一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置對應的測量方法，包括如下步驟：（1）.首先，在基于光全內反射的壓力分布測量裝置測量壓力分布之前，需要標定，標定方法步驟如下：a.將CMOS相機設定好，當玻璃光波導板3上空載時，CMOS相機拍攝彩色圖片并傳給上位機6，上位機6對圖片的圖像進行處理，提取圖像中的紅色分量，為一個型矩陣，其中表示圖片的大小，本實施例圖片大小為410×690，彩色圖片矩陣為410×690×3，紅色分量矩陣為410×690；b.在玻璃光波導板3上放置一件20KG砝碼，考慮到本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置，其特征在于：包括彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導板、高分辨率彩色圖片拍攝裝置、上端敞口的密閉外殼，玻璃光波導板設置于密閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導板上端面，高分辨率彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內，高分辨率彩色圖片拍攝裝置設有與玻璃光波導板相對的拍攝鏡頭，在玻璃光波導板的周向設有管子，紅色LED光源設置于管子內。
【技術特征摘要】
1.一種基于光全內反射的壓力分布測量裝置，其特征在于：包括彈性暗色薄膜、紅色LED光源、玻璃光波導板、高分辨率彩色圖片拍攝裝置、上端敞口的密閉外殼，玻璃光波導板設置于密閉外殼的上端敞口處，彈性暗色薄膜位于玻璃光波導板上端面，高分辨率彩色圖片拍攝裝置位于密閉外殼內，高分辨率彩色圖片拍攝裝置設有與玻璃光波導板相對的拍攝鏡頭，在玻璃光波導板的周向設有管子，紅色LED光源設置于管子內。2.根據權利要求1所述的基于光全內反射的壓力分布測量裝置，其特征在于：高分辨率彩色圖片拍攝裝置為CMOS或CCD相機。3.根據權利要求2所述的基于光全內反射的壓力分布測量裝置，其特征在于：還包括上位機，CMOS或CCD相機與上位機之間通過WIFI無線數據傳輸。4.根據權利要求3所述的基于光全內反射的壓力分布測量裝置，其特征在于：彈性暗色薄膜的面積大于玻璃光波導板的面積。5.一種如權利要求4所述的基于光全內反射的壓力分布測量裝置對應的測量方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）.首先，在基于光全內反射的壓力分布測量裝置測量壓力分布之前，需要標定，標定方法步驟如下：a.將CMOS或CCD相機設定好，當玻璃光波導板上空載時，CMOS或CCD相機拍攝彩色圖片并傳...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧志輝，丁晨陽，賈允毅，
申請(專利權)人：常州信息職業技術學院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。