基于线阵电荷耦合器件的数字差分式肌张力传感器*

张敏，孙雪，邱召运，马晨阳，白雪，王小东

(潍坊医学院电子与计算机技术教研室，山东 潍坊 261053)

1 引 言

肌张力传感器主要有应变式、压阻式和压电式等，这些传感器的敏感元件与力学弹性元件直接接触，虽具有较高的灵敏度，但其抗瞬变冲击的能力弱，常因过载而造成传感器的损坏。因此，常采用非接触式测量方法提高力学传感器的使用寿命[1-2]。非接触测量技术中，常用光和磁作为测量媒介，检测元件则用光敏器件和磁敏器件，为了克服环境中光和磁的影响，常用差动测量技术来提高线性度和灵敏度，并提高抗干扰能力[3]。近年来，电荷耦合器件(CCD) 作为光电转换元件设计传感器的研究颇多，其中线阵CCD具有动态范围大、空间分辨率高、可输出数字化信息等诸多优点[4]，常用来设计力学传感器，可实现非接触测量并提高传感器的稳定性和可靠性[5]。为了提高测量精度，文献[6]设计了双线阵CCD非接触测量系统，文献[7]提出了以时间为参考点的差动式线阵CCD位移传感器，均基于线阵CCD实现了位移和角度的非接触测量[8-9]。采用差分对称结构设计传感器，避免单个线阵CCD测量受非线性变量的影响。线阵CCD的像元具有离散均匀分布的特点，其输出具有数字量的特征，通过阈值滤波处理，可读取像元数量和像元位置，直接实现数字量的测量；若合理设计光路，采用双线阵CCD设计差动测量结构[10-11]，可实现数字差分式测量。据此，以悬臂梁为弹性敏感元件，以线阵CCD为检测元件设计了数字差分式肌张力传感器，为数字化的张力测量提供了一种新的技术方法。……