多维力传感器的动态标定研究

提出了一套对六维力传感器经行标定的系统,用于动态载荷情况下六维力传感器动态标定。该系统以lab VIEW为软件系统,以高精度伺服电机为精确动力源,以高精度砝码作为标准质量,通过伺服电机带动标准质量做匀速圆周运动产生标准动态力。配合有限元分析软件PATRAN对设计工装的强度、刚度及固有频率的分析。实现了在特定频率范围内的传感器的精确动态标定。实验结果表明系统对六维力传感器的标定是合理可靠的。     

一种用于MEMS样品测试的六轴微力传感器

本文研制了一种用于MEMS样品测试的六轴微力传感器。首先采用有限元法对特定结构的传感器进行了静力学分析 ,确定了其布片方案 ;然后通过软件实现对传感器输出进行六轴力 /力矩的解耦 ,这大大简化了后置解耦电路的设计并降低了成本 ;最后本文给出了六轴微力传感器的标定曲线 ,证明其可用于MEMS做样品力学特性测试。     

基于改进遗传算法的三轴磁场传感器校正方法研究

针对三分量磁场传感器存在三轴非正交性、三轴灵敏度不一致和零点偏移误差,不能满足磁场精确测量的问题,提出了一种基于改进遗传算法的三轴磁场传感器校正方法.建立了实际传感器的测量模型,分析了误差产生的机理,研究了误差校正的方法,设计了基于遗传算法和改进遗传算法的校正参数求解过程,通过仿真实验和实测实验,验证了校正方法的有效性和改进遗传算法的快速性,经校正后的三轴磁场传感器的测量精度得到大大提高.     

基于结构变形的大型并联六维力传感器精度研究

为了研究结构变形对大型六维力传感器精度的影响,基于螺旋理论及影响系数方法,并借助位姿解建立了考虑结构整体变形条件下Stewart平台六维力传感器测量误差模型,推导出并联六维力传感器测量的Ⅰ,Ⅱ类误差表达式,分析了在不同外载下,六维力传感器Ⅰ,Ⅱ类误差,总结了结构变形和平台自重对传感器测量精度的影响规律,为具有普通球形铰链大型Stewart平台六维力传感器标定方案的选择和精度的改善提供了理论基础.     

一种新的基于加速度计的无陀螺捷联惯性导航系统设计与实现

提高角速度解算精度是提高无陀螺惯性导航系统导航参数解算精度的主要途径.本文通过对基于加速度计的无陀螺惯性导航系统的基本方程进行分解分析,研究了提高角速度解算精度的所有可能的加速度计安装布局方案,并结合考虑各种可能方案的原理样机的机械加工难易程度后,设计确定了一种新的既能够提高角速度解算精度、又易于实现样机研制的9加速度计的设计安装方案,根据该方案研制了样机,编制了导航参数解算软件,对系统进行了实验测试,实验结果表明,在静态条件下,研制的无陀螺惯性导航系统1 h的位置误差精度达到了1.5 km,姿态解算精度达到了0.082°.     

冲击力传感器灵敏度系数的三轴同步校准方法研究

为了对三轴力传感器灵敏度系数进行冲击校准,提出一种斜端面Hopkinson杆实现可计量的三轴冲击力脉冲方法。通过数值计算,分析斜面角度θ对Z-轴计量误差的影响。利用直端面Hopkinson杆对B25B型三轴力传感器Z-轴单轴校准,分析两种构型子弹冲击下传感器的频率特性,建立子弹构型与加载信号带宽之间的关系。通过斜端面Hopkinson杆,对B25B型三轴力传感器进行三轴同步冲击校准,利用最小二乘法对其进行解耦分析,结果表明,X-、Y-轴之间具有正耦合关系,X-、Z-及Y-、Z-轴之间具有负耦合关系,且灵敏度系数随冲击速度线性变化。最后,将同步校准结果用于Z-轴方向力的测试,结果表明,相比于单轴校准,同步校准结果计算的力更接近于实测力,最大相对误差为1.73%。     

基于正交试验设计的多轴腕力传感器静动特性的数值分析

在文献［１］的基础上,应用正交试验设计,本文对多轴腕力传感器弹性体的静、动特性进行数值分析,全面分析结构主要参数对传感器静、动特性的影响。获得了对提高该类传感器的性能有重要参考价值的结果。     

考虑横向灵敏度的三轴加速度传感器标定方法研究

横向灵敏度是单轴加速度传感器的重要指标之一,它直接影响到三轴加速度传感器的标定模型与测量精度.本论文以三轴MEMS加速度传感器为研究对象,在传统的标定模型中引入了导致测量耦合的横向灵敏度误差,建立了一种新的三轴加速度传感器标定模型,该模型将传感器的横向灵敏度以对称矩阵的形式引入现有的标定公式,构建了包含零位偏差、标度因...     

基于落锤装置的力监测压力绝对校准方法研究

在详细探讨了利用落锤装置进行压力校准的多种途径的基础上,针对力监测压力方法中存在的传感器力值测量精度易受预紧力和惯性力影响的问题,提出了一种改进方法,即在落锤装置原有锤头结构的基础上自行研制了高精度的应变式力传感器,推导了通过自研力传感器监测造压油缸内压力的惯性力修正模型,并总结了模型进一步简化所需满足的前提条件。在此基础上分别对传统和自研力传感器开展了多组校准试验,试验结果表明,采用过渡件和螺栓固定等传统安装方式会对力传感器产生附加预紧力和惯性力两方面的不良影响,造成传感器在测量锤头和活塞杆之间的撞击力时产生很大的测试误差;自研力传感器在满足重锤质量远大于活塞杆质量并保证撞击对中精度的前提下,能够直接根据传感器测得的力值和活塞杆横截面积计算出缸内的压力,和现有的比对式准静态校准方法相比,其高压段压力监测精度优于1%,可作为一种有效的压力校准方法。     

基于正弦力加载的力传感器动态标定技术研究

针对国内现有动态标定装置精度不高、重复性较差的问题,提出了一种基于正弦力加载的新型力传感器动态标定方法;对该标定方法做了详细介绍,阐述了该标定系统中最关键的正弦机构的工作原理;利用基于最小二乘的曲线拟合法对力传感器和位移传感器输出正弦电压的幅值进行了求解,并以此为基础,依据相应公式在LabVIEW中设计了数据处理程序,实现了对力传感器动态灵敏度的精确求解;搭建了实验平台,对Interface 1010AJ型力传感器进行了1 Hz~5 Hz的动态标定,并分析了实验结果。研究结果表明,该新型的力传感器动态标定系统具有良好的精度,其误差在1.5%内。     

一种六维轮力传感器标定分析

针对汽车六维车轮力传感器数值解耦精度不高的问题,设计了标定台架,并对一种新研制的六维WFS进行了标定和解耦,以评估该传感器的性能并研究和完善高精度的解耦方法。讨论和分析了六维WFS的测量原理和解耦理论,通过多向组合加载的方式,获得了传感器各通道对多维耦合力的响应,利用最小二乘法解耦得到了传感器的耦合系数矩阵;并对耦合系数矩阵和耦合率矩阵的特征进行了讨论。研究结果表明,采用多向组合加载结合最小二乘法进行解耦,解决了试验中难以精确施加纯单向力或力矩的困难,能使六维WFS具有更高的测量精度。     

Improved lateral force calibration based on the angle conversion factor in atomic force microscopy

A novel calibration method is proposed for determining lateral forces in atomic force microscopy (AFM), by introducing an angle conversion factor, which is defined as the ratio of the twist angle of a cantilever to the corresponding lateral signal. This factor greatly simplifies the calibration procedures. Once the angle conversion factor is determined in AFM, the lateral force calibration factors of any rectangular cantilever can be obtained by simple computation without further experiments. To determine the angle conversion factor, this study focuses on the determination of the twist angle of a cantilever during lateral force calibration in AFM. Since the twist angle of a cantilever cannot be directly measured in AFM, the angles are obtained by means of the moment balance equations between a rectangular AFM cantilever and a simple commercially available step grating. To eliminate the effect of the adhesive force, the gradients of the lateral signals and the twist angles as a function of normal force are used in calculating the angle conversion factor. To verify reliability and reproducibility of the method, two step gratings with different heights and two different rectangular cantilevers were used in lateral force calibration in AFM. The results showed good agreement, to within 10%. This method was validated by comparing the coefficient of friction of mica so determined with values in the literature.     

超静定六维力传感器静定测量模型及标定方法

针对一种预紧式超静定Stewart结构六维力传感器,通过综合考虑传感器的整体刚度和分支杆变形的位移协调关系,以简洁的解析表达式推导得到了包含中间预紧分支作用的广义外力与6个测量分支轴向力之间的全映射关系,建立了超静定六维力传感器的静定测量模型,并提出一种超静定六维力传感器的静定标定方法,进行了标定实验及测试研究.研究内容为解决超静定并联式结构的六维力传感器受力分析提供了新的途径,同时为超静定结构六维力传感器的标定研究奠定了理论和实验基础.     

基于RAC约束的星敏感器在轨校准方法

星敏感器投入使用后受发射冲击、工作环境及老化等因素影响,其内部参数如焦距、主点及畸变会发生变化,从而影响其姿态测量精度。星敏感器的在轨校准是指在在轨飞行状态对其内部参数进行重新自主校准,是保证星敏感器在轨高性能工作的一项重要关键技术。本文提出一种基于RAC约束（Radial Alignment Constraint）的星敏感器在轨校准方法。该方法不依赖外部姿态信息,通过建立基于RAC约束的星敏感器成像模型,采用两步法从单帧星图实现外部参数和内部参数的解算,并利用多帧星图整体优化的方式得到内部参数的整体最优解。仿真实验表明,该方法能有效消除内部参数的外部参数的耦合,实现其准确分离和解算。     

Experimental investigation into the effects of exciter motions on the primary calibration of single-ended accelerometer

It is widely known that in the primary calibration of accelerometers by using a laser interferometer, a device under test (DUT) and the laser interferometer should measure vibration at the same reference position. However, this is not applicable to single-ended accelerometers because of the limitation of their design. One way of overcoming this limitation is to measure the vibration at several positions on the exciter table surface which connects DUT to a vibration exciter. However this can present the effects of rocking motions of the exciter. Although the motions of vibration exciters are presented in several studied, the different model of exciters might have different characteristics. This paper aims to study the motions of an air-bearing exciter (model 2911) used at National Institute of Metrology (Thailand) in order to expose their characteristics, their effects on the calibration results and the measurement errors due to these effects. The motions of the exciter are shown in terms of magnitude and phase shift distributions of sensitivities. These can be obtained by measuring the magnitudes and phase shifts at several positions on the exciter surface. The effects of exciter motions are measured in terms of how much the magnitudes and phase shifts at each measured positions deviate from the average values. To illustrate these effects, parametric studies were conducted. The influences of four parameters, i.e. the angular positions of the laser points, the distance of the laser positions from the centre of the exciter surface, the number of measured positions to be averaged and the mass loading effect, were examined experimentally. The frequency of interest is between 10 Hz and 15 kHz.