基于归一化标定的压电测力仪测试精度研究

分析归一化标定时,加载力偏差对压电测力仪矢量力测试精度的影响。通过对理论推导可得,归一化标定加载偏差使电荷放大器归一化灵敏度改变,并增大了横向干扰输出,导致测力仪对矢量力测量产生偏差,降低了测试精度。通过实验对小力值矢量力进行测试,调整加载杆连接方式减小加载力偏差,测力仪横向干扰降低38.8%以上,矢量力参数不确定度最多减小53.9%。     

压电测力仪尺寸参数对测试精度影响研究

针对大量程比、小力值压电测力仪,分析了测力仪结构尺寸对测试精度的影响。采用理论与有限元分析相结合的方式分析可得,测力仪自身刚度不足引起的变形将增大测力仪向间干扰,降低测试精度。测力仪上盖厚度、中心孔径及传感器跨距尺寸参数是导致测力仪刚度不足,影响测力仪测试精度的关键因素。通过对某小力值测力仪进行尺寸参数优化设计,各项固有频率均在4 kHz以上,动态性能优良;标称力值作用下,最大向间干扰为3.33%,测试精度提高33.4%     

三向力作用下石英晶块应力分布及力传感研究

针对当前压电三向力传感器采用多片叠堆而存在定位难、制作过程复杂的问题,该文提出了一种以立方体石英晶块作为力敏元件的新型压电三向力测试装置。对空间三向力作用下压电石英晶块表面应力分布规律进行研究,由压电效应"力-电"转换公式建立各表面应力与感生电荷密度的数学模型。在得到特定面域内电荷量与三向力间映射关系的基础上,完成了新型压电三向力测试装置的结构设计,并进行了静态标定实验。实验结果表明,该新型压电三向力测试装置的线性度为1.39%,重复性为4.52%,向间干扰为5.02%,说明利用石英晶块也可实现三向力测量。     

基于光纤光栅的双壁开口模型管桩测试技术研究

针对光纤光栅传感器在模型管 桩试验应用情况, 提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系数应变标定方法。结合理论分析 ,在封装FBG 应变传感器前,对模型管桩内、外管进行有限元Abaqus应力分布模拟分析,得到双壁开口模 型管桩对封装 FBG应变传感器没有影响,提高了实验应变测量精度。对模型管桩封装后的FBG应变传感器进 行标定实验, 每次按200逐级加载后并卸载,循环加载5次,得到内外管FBG传感器 应变灵敏度系数分别为2.15 pm/με、2.24 p m/με,且线性度 均达到0.999以上。该方法简单、易操作,可用于光纤光栅应变传感 器在模型管桩试验前的标定,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基础。     

基于Labview的微型电场传感器自动标定系统

针对微型电场传感器输出信号弱(pA量级)、噪声强等特点,设计了一种新型的传感器微弱信号检测与标定测试系统。该系统采用Labview可视化编程语言,实现传感器的采集控制和信号处理,并基于新型的相关检测和噪声抑制技术,可实现信噪比达到-60dB的信号提取,通过加载相关测试模块,可进一步测得传感器的静态及动态指标,并谱出动态响应曲线。     

基于优化点激光的平面度测量研究

为了提高平面度测量的精度,提出优化点激光方法。首先将点激光测量坐标系进行转换;然后用激光束进行平面标定,同时通过滑动滤波对激光采集混有的噪声点进行降噪,以免影响测试,建立测量数据的非线性误差和激光位移传感器输出模型进行输出误差补偿;最后通过最小二乘算法获得最佳拟合平面。实例验证结果显示,优化点激光的平面度误差测量平均值为5.189μm,相比直接法、平面扫描仪法、横截线扫描法、点激光测量法、光谱共焦法测量平面度误差,分别减少了18.77%、16.78%、12.45%、9.17%、6.54%,测量精度较高。     

浮动式剪应力微传感器的标定

流体壁面剪应力微传感器的精确标定是进行流动测量的基础。分别采用自重加载、离心加载和风洞吹风三种不同方法,对基于电容检测原理的浮动单元剪应力微传感器进行标定与实验研究。对比了三种实验方法和标定的结果,分析了标定过程中的设备、传感器的加工及安装等误差的影响。研究结果表明,标定的传感器灵敏度为30 mV/Pa,三种标定方法的误差在2%以内,采用离心加载标定的误差最小;为进一步减小标定误差提供了改进方法。利用标定后的传感器,在风洞中对标准翼型的定点壁面剪应力值进行了测量,与仿真结果进行对比,二者能够较好吻合。     

基于24位置的MEMS惯性传感器快速标定方法

针对微惯性测量单元原始输出信息受零偏、标度因数、非正交误差等误差项干扰影响测量精度的问题,提出一种无需借助高精度转台的MEMS IMU快速原位标定方案。在分析MEMS惯性传感器输出特性的基础上建立传感器误差模型,利用六面体夹具设计IMU 24位置连续转停标定方案,以重力及各次旋转角度为参考信息完成传感器误差标定。针对加速度计零偏、标度因数、非正交误差9个参数构造标定模型,采用牛顿法估计误差参数最优值,考虑陀螺仪零偏与标度因数6个误差参数,利用最小二乘法计算误差参数最优估值。分别进行加速度计、陀螺标定补偿实验,实验结果表明,提出的MEMS IMU快速原位标定方法能快速得到传感器误差参数,提高了输出数据精度。     

气流式补偿回路传感器

提出将气流式水平姿态传感器和角速度陀螺构成补偿回路传感器,通过气流式补偿回路传感器的原理分析和结构设计,陀螺信号消除了干扰加速度对水平姿态传感器信号的干扰,提高了运动载体水平姿态输出信号的精确度。此传感器不仅能进行静态倾角测量,而且能抑制动态情况下加速度对水平姿态传感器输出信号的干扰,使动态水平姿态输出信号也能达到很高的精度,同时还可输出角速度信号。利用单片机对传感器零位电压、灵敏度随温度变化及非线性度进行补偿,能显著提高传感器的线性度,展宽工作温度     

基于虚拟仪器的压力传感器仿真系统

以传感器特性的测试为背景,分析目前传感器课程教学实验环节中存在着设备缺乏、资金投入太多等问题,进行了虚拟压力传感器标定实验的研究。讲述了虚拟仪器的软件开发平台Labwindows/CVI和传感器的静态特性等基础知识,介绍了基于Labwindows/CVI虚拟压力传感器静态标定仪的设计与开发。通过测量和绘制线性度、迟滞、重复性曲线,来实现压力传感器静态参数的标定.接着详细地描述了用Labwindows/CVI语言实现激波管虚拟测试平台的过程,最后给出激波管虚拟实验平台对压力传感器动态特性的测试结果,实现传感器的动态标定。     

基于压电测力仪的模拟加载标定方法研究

在航空航天、高端装备制造领域,常伴随着大力值比载荷的产生,为监测其工作状态,需要对大力值比载荷大小、方向进行准确测量。该文以压电式力测试系统为研究对象,提出一种用于测力仪标定的旋转模拟加载方法。首先,基于力分解原理,结合标定装置的实际轴线与理论轴线的偏差原理,得到模拟加载过程中侧向合力随加载方位角变化的几何分布规律。针对侧向力理论波动的特点,提出一种新的模拟加载方法 旋转模拟加载法。最后设计了矢量力模拟加载实验,对测试系统应用非旋转模拟加载方法和旋转加载法进行试验对比。结果表明,应用旋转加载标定法时,测力仪侧向合力输出误差最大降低了18.7%F.S.,验证了旋转模拟加载方法的可行性和合理性。     

压电传感器的毫牛级摩擦力测量

风洞实验中飞行器表面的摩擦力不足空气压力的0.1%,对于小面域、小量程的表面摩擦力测量,存在准确性与力天平可靠性相悖的矛盾。因此,基于杠杆原理及石英的压电效应,该文设计了一种对毫牛级表面摩擦力放大测量的二维力压电传感器,并通过静态标定实验和动态脉冲激励实验分别评价其测试性能。实验表明,该传感器量程可低至50 mN,非线性误差和重复性误差均小于1%,固有频率为2 428 Hz,满足风洞试验中表面摩擦力的测量需求。     

基于聚偏氟乙烯的触力传感器结构优化分析

以聚偏氟乙烯(PVDF)作为触力传感器的敏感元件,通过控制变量的方法探究了PVDF触力传感器的上下衬底材料的类型和厚度对传感器灵敏度的影响.通过对压电材料的压电方程的理论计算,得到触力输入与电压输出的关系.有限元分析结果表明,上下衬底材料的厚度和弹性模量对触力传感器的灵敏度影响较大.当采用0.025 mm的PDMS作为上下衬底材料时,触力传感器的灵敏度达到0.527 mV/N.     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

基于光纤光栅的机器人腕部多维力传感器

为实现机器人腕部等关节受力情况的测量,设计了一种十字型光纤光栅多维力传感器,该传感器由两个圆环及两环间呈90°分布的四个相同的等截面悬臂梁及粘贴于其上的光纤光栅组成.分析了传感器的传感原理并使用ANSYS对传感器进行力学仿真分析;研究了传感器不同部位受力时悬臂梁的应变情况;搭建了实验平台,进行了传感器的标定实验和温度补偿研究;通过对仿真数据和试验结果进行数学分析,得出了光纤光栅中心波长漂移量与传感器的受力关系.实验结果显示,该传感器能准确地测量腕部所受力的大小和位置,误差在1.6％以内,且抗干扰能力强,具有较好的稳定性,能在复杂环境中使用.     

8/4-4分载式并联六维力传感器建模与分析

为增大传感器量程,适应大负载要求,基于8/4-4并联压电六维力传感器,提出了一种8/4-4分载式并联结构的六维力传感器。基于大力分载原理,在8/4-4并联压电六维力传感器的基础上,各个支链采用压电陶瓷作为敏感元件,增加中心承载梁,使其分载传感器的大部分外负载广义六维力。建立8/4-4分载式并联六维力传感器的数学模型,并推导其解耦算法。通过ADAMS算例仿真与理论模型进行对比,六维力传感器的数学模型及解耦算法的误差不超过0.14%,验证了其准确性。     

基于光纤光栅的机器人多维力传感技术研究

研究了一种光纤Bragg光栅(FBG)机器人多维力传 感器,进行了传感器弹性体的静 态、模态和动态有限元ANSYS模拟,获得弹性体在各方向受力与力矩时应力、应变的变化情 况。在模拟的基础上, 设计、制作出传感器机械结构,敷设FBG和搭建测试系统,并在压力与扭矩实验机上进行了 有关测试;为模拟机器 人腕部受冲击现象,进行传感器动态冲击实验。各种实验分析表明:本文传感器具有良好的 线性度和重复性,灵敏度 可达0.000nm/N,且具有结构设计简单、免受 电磁干扰、稳定性好和成本低等优点。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。