适用于智能机械手的Galfenol悬臂梁式力传感器设计

为提高智能机械手抓握目标物体的可靠性,结合铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩逆效应,设计了一种新型悬臂梁式力传感器。基于霍尔效应、铁镓合金非线性磁化模型与欧拉-伯努利梁理论,建立了力传感器输出模型。搭建了实验平台,研究了偏置磁场对传感器输出特性的影响,并验证了输出模型。为降低磁滞效应引起的动态谐波干扰,基于巴特沃斯低通滤波原理,设计了力传感器数字滤波系统。结果表明,适合力传感器工作的最佳偏置磁场为3 kA/m,测力范围为0～2 N,动态响应范围为0～12 Hz,能够满足智能机械手工作的需要。     

薄片零件运动式双均力压紧夹具的设计

以ＸＳＢ生物显微镜燕尾块铣燕尾工序的夹具设计为例，提示了薄片型零件的工艺特性，介绍了铣夹具翻转型结构、方型胀芯结构和连动式均力双压紧机的综合性新颖设计。     

双十字轴对称式力传感器设计与动态特性研究

设计了一种双十字轴对称式力传感器,该力传感器由2套垂直交叉分布的励磁磁芯和2套垂直分布的感应磁芯组成,整体呈现十字轴式结构,可同时检测2个方向上的受力,对称分布的励磁磁芯也可同时检测2个位置上的受力,更加符合实际工况。分析了力传感器工作原理,推导了受力时磁通量及磁导率变化情况。通过试验分析了该力传感器与传统的力传感器的动态性能,试验结果显示,双十字轴对称式力传感具有更好的动态性能,更加适用于现代农业机械装备。     

一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略

提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上,提出了一种传感器能量利用效率优化策略,采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化,分别采用二维和三维有限元方法,研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明,所提出的新型传感器结构,不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性,同时可以大幅提升传感器的能量利用效率,其提升率超过50%,同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验,试验结果验证了传感器设计方案的可行性。     

基于Galfenol合金的高灵敏度冲击力传感器

目前基于压电材料等的冲击力传感器由于其材料本身的脆性限制了其应用范围,Galfenol合金具有中等磁致伸缩以及较高机械强度,更适用于对冲击载荷的检测。提出以Galfenol合金(铁-镓合金)为敏感元件的磁致伸缩冲击力传感器,提出三种不同结构的敏感元件(棒、等截面矩形梁与变截面工字梁),通过建立动力学模型对比其整体的传感性能,并采用正交设计的方法对变截面工字梁的尺寸进行优化设计。动力学模型的对比表明,基于变截面工字梁的传感器灵敏度最高。对基于变截面工字梁的传感器进行试验研究,并采用麦夸特法对传感器进行标定,试验结果表明该传感器可实现对冲击力准确测量,平均误差不超过5.73%。该传感器可实现对瞬态冲击的检测,拓宽了Galfenol合金的动态检测领域。冲击载荷可直接作用在传感器的Galfenol合金梁上,不需要额外的保护措施,结构更简单。通过结构优化对传感器的灵敏度作了进一步的提升。     

压电谐振式力传感器的研究

本文介绍一种压电谐振式力传感器。该传感器以ＡＴ切型的圆片式石英晶体谐振器为敏感元件，通过测量谐振频率的变化量来间接测量待测力。实验结果表明：这种传感器具有良好的线性和稳定性，灵敏度随温度变化极小，没有迟滞现象。     

差动变压器式位移传感器理论与高精度位移传感器设计

本文从差动变压器的磁场分布着手,着重讨论铁磁物质在磁场中磁化问题,对差动变压器理论进行研究,从而提出高精度位移传感器设计。     

双孔平行梁式传感器设计的理论分析与实验研究

利用弹性力学有限元法对双孔平行梁式传感器的敏感元件进行应力应变分析，找出了应力应变的分布规律，在此基础上设计出一个量程为150N的传感器，并建造了一个小型实验台。提出了实验研究方案，研究了敏感元件工作点的应力和变形，实验验证了传感器输出与力的作用点无关的特性。理论分析与实验结果比较，得到的结论是有限元法的计算结果与实验吻合，材料力学的计算结果误差较大，双孔平行梁式传感器设计计算应采用弹性力学有限元法。     

双孔平行梁式传感器设计的理论分析与实验研究

利用弹性力学有限元法对双孔平行梁式传感器的敏感元件进行应力应变分析,找出了应力应变的分布规律,在此基础上设计出一个量程为150 N的传感器,并建造了一个小型实验台.提出了实验研究方案,研究了敏感元件工作点的应力和变形,实验验证了传感器输出与力的作用点无关的特性.理论分析与实验结果比较,得到的结论是有限元法的计算结果与实验吻合,材料力学的计算结果误差较大,双孔平行梁式传感器设计计算应采用弹性力学有限元法.     

压电谐振式力传感器响应时间的研究

在分析传感器响应特性的基础上，得出了阶跃输入时，压电谐振式力传感器在不同状态下的输出响应，分析了响应时间与敏感头的固有频率ωn、阻尼比ξ、输出误差带2Δy及灵敏度之间的关系。研究表明：给定传感器的输出误差带后，在轻度欠阻尼状态下传感器响应时间最短，增大敏感头固有谐振频率能提高传感器的响应速度，但会降低灵敏度，调整敏感头的结构，可使传感器的响应满足要求。     

软囊式水下力传感器的力学特性与设计原则

以水下机器人用多轴力传感器的压力平衡结构为研究对象,基于液体的可压缩性,根据弹性薄壳力学分析,选择长壳理论研究软囊变形,并对其进行修正。指出软囊变形所引起的额外轴向力对设计和使用水下力传感器是不可忽视的,提出软囊式压力平衡传感器内外压力差的迭代算法,推导出软囊式压力平衡的内外压差、额外轴向力及相关公式。分析压力差在传感器上产生的额外轴向力及有关的影响因素,总结软囊式压力平衡能够胜任大压力平衡,且对大压力下的微小压力具有极强的平衡能力的特点。得出软囊式水下力传感器结构应紧凑、长径比应小、壁厚应尽可能小、内部存油液应少的设计原则。     

压磁式锚杆轴力传感器的研究

针对现有锚杆轴力检测方法存在的不足,利用非晶态合金薄带压磁效应,根据感应线圈输出电压大小判断锚杆轴力大小,阐述了该传感器的结构和原理。搭建传感器测试系统,分析了气隙大小、励磁电压幅值和励磁频率对传感器输出特性的影响,并对传感器进行了静态特性标定。     

石英谐振式力传感器及其稳定性的研究

介绍了一种高精度石英谐振式力传感器,对敏感器件——谐振器、膜片及力传递系数进行了研究、设计与计算,从理论到实验对传感器的稳定性进行了研究,指出增加谐振器厚度及改善谐振器支撑条件均可提高传感器的稳定性和临界载荷。     

剪切式力与称重传感器的力学基础

本文介绍了剪切式力与称重传感器的主要特点及其所采用的对剪应力所引起的扩应力进行测量的间接测量原理，从分析平面应力状态下斜面上的应力，主应力平面五主剪应国平面的关系，主应力方向以及主应变与剪应变的关系入手，论述了剪切式力与称重传感器的力学基础，并简要的推导了矩形，工字形，圆截工字形，长方形和正方形空心截面的剪应力求解公式，给了了分析结果。     

差动式石英谐振力传感器

】利用ＡＴ切型的厚度剪切石英晶体谐振器沿不同方向施加外力时,将会获得不同的灵敏度这一特点,本文研究了一种新型的差动石英谐振式力敏传感器。将两个同频率的敏感石英谐振器以对称简支方式固定在传感器内,使外力分别沿两个敏感谐振器的ｘ轴和ｚ′轴作用,产生两个方向相反的频率变化,通过电路混频,形成差动输出。分析结果表明,采用这种差动方式将使传感器性能得到明显提高。     

小型应变计式力传感器探讨

应变计式力传感器在各个技术领域中获得广泛的应用,但国内的这类力传感器一般体积较大。当空间很小或特殊用途时,常常需要小型力传感器。我们研制的小型应变计式力传感器,以测量力范围为0～800N的传感器来说,传感器直径仅14mm,厚5mm。测量更小力时,传感器还可以做得更小。     

一种铝合金薄片式光纤光栅腐蚀传感器的制作

在对飞机结构材料腐蚀监测现状分析的基础上,针对飞机结构中常见的铝合金材料腐蚀监测问题,设计并制作了一种薄片式光纤光栅腐蚀传感器,并初步通过试验验证,为飞机结构材料的腐蚀监测提供了一种技术手段。     

杠杆式力标准机与称重传感器试验问题研究

称重传感器在现代电子衡器中是核心器件,对传感器进行性能试验的方法和手段,尤其是试验设备手段是保证其性能的必要条件。传统杠杆式力标准机作为一种重要的试验设备手段,一直以来,它的工作效率(加载时间)、设备一次性投入(造价)和准确度等现状,严重影响了使用者的信心。实验研究表明,应用了新技术和先进技术与理念的新型杠杆式力标准机,上述三项性能指标与其它任何形式的力标准机相比,具有更好的效果,完全可以满足称重传感器的负荷特性、蠕变特性、温湿度特性等性能试验的需要。     

原子力显微镜力传感器的设计

着重介绍原子力显微镜力传感器的要求和力传感器设计的有关问题，并提供一种用图表设计结构尺寸的方法。     

光电式液面传感器设计的研究

本文通过对工程设计问题的数学化,并用计算机求解,从理论上直接给出了浸入另一种液体或固体的光电式液面传感器的最佳设计加工参数,避免了不同的使用环境进行复杂试验。其结论对该类传感器的设计具有重要的指导意义。