專利名稱：多維力傳感器的貼片及組橋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其是一種能提高多維力傳感器的測量精度，并能從設(shè)計根源上消除維間耦合的貼片及組橋方法。
背景技術(shù)：
多維力傳感器用于感知空間中的正交力/力矩，多維力傳感器被廣泛用于航天、 醫(yī)療、機器人、工業(yè)自動化中。多維力傳感器的一般設(shè)計步驟為彈性體設(shè)計、貼片位置及組橋方式、標定及解耦。對于彈性體的設(shè)計和標定及解耦方面的工作已經(jīng)做了很多的研究，專利CN 1289917 A，公開了一種基于陶瓷厚膜技術(shù)的六維力傳感器，專利CN 101832837 A，公開了一種基于耦合誤差建模的多維力傳感器標定解耦方法。而對于貼片位置及組橋方式的研究工作很少，合理的貼片位置及組橋方式可以提高測量電橋電壓的靈敏度、測量范圍和測量精度。影響多維力傳感器測量精度的最主要方面是維間的耦合，維間耦合，即某一方向的輸出信號中，有其它方向輸入量的影響。從原理上講，在單一方向的力作用下，只應(yīng)在其對應(yīng)方向上產(chǎn)生輸出，其它方向輸出應(yīng)為零。但事實上，其它方向輸出不是零，這就是由傳感器機械結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換原理以及加工、貼片等工藝因素造成的耦合干擾，其中貼片和組橋方式是產(chǎn)生維間耦合最主要的因素。要消除或抑制耦合，可以從兩個方面入手。第一是設(shè)法消除其產(chǎn)生的根源；第二是利用標定解耦矩陣。目前，比較常用的是通過標定解耦矩陣對測量數(shù)據(jù)進行解耦，但是這種方法解耦精度比較低，只能達到90%，。從根源上消除維間耦合可以通過提高加工精度、必需選擇合理的貼片位置和組橋方式的方法來實現(xiàn)，這種方法更加具有實用價值，更簡單，消除或抑制了維間耦合對傳感器測量精度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種多維力傳感器的貼片及組橋方法，通過選擇合理的貼片位置和組橋方式，從根源上解決傳感器維間的耦合，提高傳感器的測量精度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多維力傳感器的貼片及組橋方法，包括以下步驟
1)首先根據(jù)彈性體的力學模型，建立多維力傳感器彈性體的應(yīng)變數(shù)學模型，并根據(jù)數(shù)學模型，求解多維力傳感器彈性體所產(chǎn)生的應(yīng)變與作用力的解析解，其骨骼二維力傳感器在軸向拉壓力和徑向剪切力作用下應(yīng)變的解析解表達式為
權(quán)利要求
1.一種多維力傳感器的貼片及組橋方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先根據(jù)彈性體的力學模型，建立多維力傳感器彈性體的應(yīng)變數(shù)學模型，并根據(jù)數(shù)學模型，求解多維力傳感器彈性體所產(chǎn)生的應(yīng)變與作用力的解析解，其骨骼二維力傳感器在軸向拉壓力和徑向剪切力作用下應(yīng)變的解析解表達式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維力傳感器的貼片及組橋方法，其特征在于上述第五步驟中，根據(jù)骨骼二維力傳感器彈性體在軸向拉壓力作用時的軸對稱特性和徑向剪切力作用時的反軸對稱特性，應(yīng)變貼片盡~ ^ &貼在直徑方向上，應(yīng)變貼片盡爲、Rt Rs 貼在圓周方向上，應(yīng)變貼片盡R^民用來實現(xiàn)對軸向拉壓力的測量，應(yīng)變貼片 &知Rr R8用來實現(xiàn)對徑向剪切力的測量，當軸向拉壓力作單獨用時，只有應(yīng)變貼片各Rr Rt &有輸出電壓，而當徑向剪切力作用時，只有應(yīng)變貼片盡^ Rt民所組成的全橋有電壓輸出，從設(shè)計根源上做到骨骼二維力傳感器的靜態(tài)解耦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多維力傳感器的貼片及組橋方法，包括以下步驟1．首先根據(jù)彈性體的力學模型，建立多維力傳感器彈性體的應(yīng)變數(shù)學模型，并根據(jù)數(shù)學模型，求解多維力傳感器彈性體所產(chǎn)生的應(yīng)變與作用力的解析解；2．建立多維力傳感器彈性體的三維模型；3．根據(jù)多維力傳感器傳感器的工況分別施加作用力和約束，并進行有限元的求解；4．尋找多維力傳感器傳感器彈的最大應(yīng)變變化位置；5．選擇應(yīng)變貼片位置和組橋方式；6．結(jié)合多維力傳感器的三維模型和有限元模型，分析上述組橋方式下的應(yīng)變輸出，判斷是否從彈性體設(shè)計的根源上做到對多維傳感器傳感器的靜態(tài)解耦。本發(fā)明從傳感器的根源解決了多維力傳感器的維間耦合問題，解耦精度高，解耦方法簡單。
文檔編號G01L1/22GK102353487SQ20111016151
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者付婷婷, 朱堅民, 朱歡歡, 杜鵬, 楊帆, 王軍, 趙福旺 申請人:上海理工大學