应变式力传感器动态特性研究及动态补偿

通过测试传感器的固有频率和冲击响应,对不同结构的应变式力传感器的动态特性进行了研究。当力传感器动态特性不理想时,根据零极点配置法设计了动态补偿数字滤波器,对力传感器进行动态补偿,使之适用于动态测量。实验表明:柱式力传感器的动态特性优于S形力传感器。通过对S形传感器进行动态补偿,拓宽了力传感器的工作频带,提高了力传感器的动态性能,减小了动态误差。     

Stewart式六维力传感器轻量化设计

空间复合力测量是空间感知技术的重要发展方向之一。六维力传感器作为主要的空间复合力测量装置,被广泛应用于火箭发动机推力测试、航天器对接等领域。目前,轻量化已成为六维力传感器的主要研究方向之一,但由于其设计指标多且各项指标间存在相互制约,故采用理论推导、数值仿真及实验验证相结合的方法进行研究。首先,利用螺旋理论建立Stewart式六维力传感器在理想条件下的力映射模型,通过求解综合性能目标函数来确定其各向同性度理论最优时的结构参数。然后,利用ABAQUS有限元分析软件构建Stewart式六维力传感器仿真模型,并对其初始样机的质量、刚度、强度和灵敏度进行了详细分析;在此基础上,分析了上、下加载盘主要结构参数对传感器质量、刚度和强度的影响,进而对加载盘结构参数进行了优化并设计了一种具有正四面体特征的半球形减重结构,实现了传感器的轻量化设计。最后,对优化后Stewart式六维力传感器的性能进行了仿真分析和实验验证。结果表明,基于多目标参数优化结合数值仿真、实验验证可有效提高设计效率和降低设计成本;所设计的减重结构可有效改善Stewart式六维力传感器的质量分布和提高其质量利用率,优化后传感器的质量减小了17.65%且综合性能优异。研究结果可为六维力传感器的轻量化设计和综合性能优化提供参考。     

基于LabVIEW的动态力测量仿真系统研究

基于LabVIEW设计了动态力测量仿真系统,该系统应用系统辨识和动态补偿来提高力传感器的动态性能,使之适用于动态测量。着重介绍了该系统对力传感器仿真模型进行系统辨识与动态补偿的原理、方法和步骤。仿真实验证明：通过选择合适的激励信号,该系统能够准确辨识力传感器仿真模型并提高力传感器系统的动态性能。     

基于虚拟仪器的六维力传感器标定系统研究

正一、概述六维力传感器是机器人最重要的力觉传感器。受制造原理和加工工艺以及应变片贴片准确度等因素的影响,六维力传感器存在着较大的维间干扰即耦合误差。针对目前六维力传感器标定中存在的加载准确度不高、测量误差大、标定系统集成度不足等问题,笔者实验室设计了一种一次装夹下完成对六维力传感器各特征方向进行双向标定的标定系统,并运用虚拟仪器技术开发了能够显示、分析、保存动态数据曲线的分析软件。     

一种六维力传感器现场校准方法的研究

六维力传感器是一种用于监控被测对象所受力和力矩的复合传感器,大量工厂、检测机构、科研院所开始使用带有六维力传感器的大型设备,这些设备面临难以送检、需要现场校准的难题。原有六维力传感器检测装置占地庞大,设备沉重,无法随身携带,故设计了一种六维力传感器现场检测装置,并根据该装置的特点研究了一套标定、校准方法,以满足检测服务需要。     

动态力解耦和动态标定相关技术研究综述

随时间变化的力称作为动态力,其在航空航天、材料科学、汽车制造、武器威力等研究领域均为重要的测量参数。理想情况下,动态力测试与其他传感器输出无关,涉及的仅仅是测试通道方向的输出。但是,由于加工工艺、安装工艺等限制,在测量某方向动态力时,难免耦合其他方向的输出信号造成动态耦合,只有准确的找到各维间力的相互耦合关系,才可以达到精确测量动态力的目的。同时,在测试前应先标定传感器,以提高测量的准确性。目前多采用静态标定进行动态力测量的“静标使用”方法,在测量中必然会产生较大的误差。因此,动态力的解耦及动态标定具有较大的意义。通过分析相关文献,总结了动态力解耦和动态力标定的常用方法,对比优缺点并提出展望。     

力传感器的动态重复性,线性度与性能改进的研究

提出了传感器的动态重复性与动态线性度的计算方法，介绍了用有源模拟滤波器改善力传感器动态性能的方法，包括力传感器动态数学模型、动态补偿模拟滤波的设计方法、力传感器动态模拟器及其电路、滤波器的电路、动态性能改善的实验结果。     

Stewart型指尖力传感器结构尺寸对其灵敏度的影响研究

研究了基于灵敏度性能的Stewart平台型六维指尖力传感器结构参数的设计方法。分析Stewart型指尖力传感器的力与应变关系,并定义其灵敏度评价指标,给出传感器结构尺寸对其灵敏度评价指标的影响曲线,这对实现合理设计Stewart平台型指尖力传感器的结构很有意义。     

压电式动态力传感器校准方法的研究

针对智能制造行业里压电式传感器的动态性能校准问题,介绍了针对传感器动态力参数的相关方法和脉冲力法校准装置,在装置上完成了试验验证和分析。介绍了两种常规的动态力校准方法,针对不同的校准方法建立了运动方程,做出了差异性分析。然后介绍了一种基于绝对法测量的压电式传感器脉冲力法校准装置,装置的结构包括基于刚体碰撞的脉冲力发生装置和基于外差式迈克尔逊干涉仪的测量系统,说明了工作原理和解算方法。最后利用建立的校准装置对典型压电式传感器进行动态力校准,进行结果分析和可靠性验证。     

一种采用应变测力传感器补偿动态力测量误差的理论研究

本文在理论上研究了一种采用串联多自由度应测力传感器补偿动态力测量误差的方法，在数学上根据串联多自由度应变测力传感器的输入输出传递函数建立了这种传感器的状态方程，通过对传感器数学模型的分析，提出了一种消除动态力测误差的方法，在本文的假设情况下采用这种方法在理论上可以完全消除测力传感器的动态测量误差。