数字蠕变和漂移校正制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定在传感器的输出中由于蠕变所引起的变形的传感器设备，所述传感器设备包括：施力部件，其被配置为对所述传感器施加机械力；所述传感器，其被配置为在当前测量中测量由施加力所引起的所述传感器的位移；以及处理器组件，其被配置为确定由于蠕变所引起的变形以供所述传感器的下一测量用。

Digital Creep and Drift Correction

The present invention relates to a sensor device for determining creep-induced deformation in the output of a sensor, comprising a force-applying component configured to exert mechanical force on the sensor, a sensor configured to measure the displacement of the sensor caused by the force in current measurements, and a processor assembly configured to measure the displacement of the sensor caused by the force applied in current measurements. To determine the deformation due to creep for the next measurement of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】数字蠕变和漂移校正
技术实现思路
通常通过测量弹性元件的变形来实现力测量，其中变形是所述力的某一函数。存在如下的已知问题：变形不仅是力的函数，而且还是施加力的时间长度的函数。在大多数情况下，由于时间所引起的变形的变化大小远小于由于施加力时的初始变形所引起的变化大小，但是在许多情况下，如果使变形与力相关的函数不包括时间如何影响变形，则由于时间所引起的变形的变化大小将影响力测量的精度。这种时间依赖性的变形通常被称为蠕变。本专利技术涉及一种能够考虑变形力测量系统中的蠕变的影响、并由此提高力测量精度的方法。考虑蠕变的方法是已知的，但是这些方法需要如下的硬件，其中该硬件的特征在于具有与蠕变相反的影响，以使得输出与特征校正的总和是无蠕变的。虽然该方法确实提供了改进，但它在设计和制造一致性方面受限于表征的精度。这类校正在设计和应用应变仪的领域中是已知的。一些方法将力测量值转换为数字信号，并应用包括时间的算法来进行校正。然而这些方法不允许或者不足以允许连续变化的力；以静态力来考虑蠕变比利用变化的力容易得多。本专利技术的一部分涉及一种使用可在所有情况下更精确地校正蠕变、并包括力改变的位置的算法的特定方法。根据第一方面，本专利技术提供了一种用于确定在传感器设备所包括的传感器的输出中由于蠕变所引起的变形的方法，所述传感器测量机械力，所述方法包括以下步骤：-对所述传感器施加机械力；-在当前测量中利用所述传感器测量由施加力所引起的所述传感器的位移；-利用所述传感器设备所包括的处理器组件通过以下操作来确定由于蠕变所引起的变形以供所述传感器进行下一测量：-提供蠕变函数，其中所述蠕变函数定义由于随时间的蠕变所引起的变形；-基于以下各项来计算由于蠕变所引起的变形以供下一测量用：-所述蠕变函数；-以下各项之间的时间：c)所述传感器的所述当前测量，以及d)所述下一测量，其中，所述当前测量和所述下一测量之间的时间是总测量时间的一小部分。所述测量时间通常是总测量时间的1/50或更少。在许多情况下，总测量时间是连续的，然后测量之间的时间朝向1/无限远。-所述当前测量中所测量出的施加力；以及-由于所述当前测量中的蠕变所引起的变形。本专利技术人的见解是，由于可以预先估计或确定蠕变函数，因此可以确定由于蠕变所引起的变形。在已知蠕变函数的情况下，可以在已知蠕变函数、传感器组件的当前测量与下一测量之间的时间、当前测量中所测量出的施加力、以及由于当前测量中的蠕变所引起的变形这四个变量的情况下，为由于蠕变所引起的变形提供估计。基于这些方面，可以针对下一测量而确定由于蠕变所引起的变形。在本专利技术的有益方面，蠕变函数是进一步取决于初始施加力的指数函数。只要已知蠕变函数、并且已知相对于时间在蠕变函数中的位置，则可以确定蠕变。在其它方面，本专利技术提供了一种用于使用测量所施加的机械力并且面临漂移误差的传感器的输出来确定所施加的机械力的方法，所述方法由传感器设备执行，所述方法包括以下的后续步骤：-在第一测量中利用所述传感器设备的所述传感器来测量没有进行力施加时的施加力；-利用所述传感器设备所包括的处理器组件来使所述第一测量中所测量出的施加力为零；-对所述传感器施加机械力；-在第二测量中利用所述传感器设备的所述传感器来测量施加力；-停止对所述传感器施加机械力；-在第三测量中利用所述传感器来测量没有对所述传感器进行力施加时的施加力；-利用所述处理器组件来使所述第三测量中所测量出的施加力为零，于是获得所述第一测量和所述第三测量之间出现的漂移误差；以及-利用插值来校正所述第二测量，所述插值通过利用所述处理器组件对所述第一测量和所述第三测量之间所获得的漂移误差进行插值而提供，以供所述第二测量用。本专利技术人已经发现，传感器的输出可以随时间而漂移。这里，在第一测量和第三测量中确定漂移误差。可以在第一测量和第三测量中确定漂移误差，这是因为在这些时刻没有对传感器施加力。然后对漂移误差进行插值，并且通过插值后的漂移误差来校正第二测量、即施加力时的测量。当在一段时间内测量施加力时，可以进行多次第二测量。附图说明根据以下参考附图的说明，本专利技术的特征将会是明显的，在附图中：图1示出正蠕变的图形表示。图2示出负蠕变的图形表示。图3示出任一测量处的蠕变的计算的图形表示。图4示出与图3相同的图形表示，但是其中测量的“时间零点”关于时间轴标准化为等于零。图5示出与图4类似的情况，但是其中先前测量中的蠕变为负。图6示出与图3类似的另一种情况，但是其中蠕变减少。图7示出与图6类似的情况，但是其中先前测量中的蠕变大于时间零点处发生的蠕变。图8.1、图8.2和图8.3示出漂移校正方法的图形说明。具体实施方式本专利技术的方法需要定义并校准蠕变的性质。图1是被瞬时施加了恒定力的力传感器输出的图形表示。在施加力时，测量力Fn上升至Nn，然后按照某一时间函数朝向Ln蠕变。在该方法中，Dn被定义为与初始力Nn成正比，使得：Dn＝RNn其中，R＝蠕变常数(被定义为蠕变常数)。在一些力测量系统中，如图2中以图形方式所示，蠕变为负。这种蠕变的特征除了以下方面以外与正蠕变相同：在力初始上升至Nn之后，然后下降至Ln。负蠕变发生在复杂的结构中，其中变形测量系统的一部分蠕变得更多，并且沿着与其主要部分中的蠕变相反的方向蠕变。因此，尽管变形总体为正，但蠕变为负。在可以使用应变仪的一些负荷传感器中可以看到这种行为。在该方法中，负蠕变由R的负值定义。如果施加的负荷Nn为负、并且R为正，则Dn将为负，因此蠕变负向增加。这是正蠕变的图关于图1中的水平轴的“镜像”，并且意味着变形的大小将随时间而增加。如果施加的负荷Nn为负、并且R为负，则蠕变的大小将减小，即为负蠕变的镜像。校正方法从起始条件开始有效，其中在起始条件中，力传感器在足够的时间内不具有作用于其上的负荷，使得可以假设任何蠕变可忽略且等于零。测量传感器变形，并以数字形式来表示该传感器变形。传感器变形以所设置的时间间隔Δt进行。已知值的随机时间间隔也是可能的，但不是优选的。当前测量与该当前测量之前的一次测量之间的时间被称为“单元(cell)”。图3是单元的图形表示，其中当前变形为fn，并且包括当前蠕变d(n-1)。当前单元中的蠕变dn是根据先前单元的蠕变d(n-1)加上当前单元中将会发生的蠕变所计算出的。为此，必须计算出所处的蠕变曲线，该蠕变曲线具有等效的初始力Nn、当前蠕变d(n-1)以及当前变形fn。各单元的初始力Nn是等效的初始负荷，其中蠕变将为零、然后在时间tn内增进至fn。一旦有Nn和tn，就可以根据时间tn+Δt＝Tn而计算该单元中的蠕变。根据蠕变函数推导出Nn、tn和dn的解。由于先前蠕变d(n-1)和当前变形fn是已知的，因此可以求解出Nn的值、然后求解出dn的值。图3示出任意单元的等效蠕变曲线可以如何占据绝对力时间图中的许多位置，其中时间以零蠕变开始。图4将相同的等效蠕变曲线标准化在其自身的时间零点附近，其中在从等于零的时间开始的tn处发生变形fn。然而有可能的是，如图5中以图形方式所示，d(n-1)可能为负。在蠕变时间函数的正确解中，这些事件将会“注意自身”，也就是说，为d(n-1)输入负项将导致负的时间tn。在图4和图5这两者中，蠕变正在增加。还存在如下的可能性：单元中的蠕变可能减少。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器设备，用于确定在传感器的输出中由于蠕变所引起的变形，所述传感器设备包括：‑施力部件，其被配置为对所述传感器施加机械力；‑所述传感器，其被配置为在当前测量中测量由施加力所引起的所述传感器的位移；‑处理器组件，其被配置为通过以下操作来确定由于蠕变所引起的变形以供所述传感器进行下一测量：‑提供蠕变函数，其中所述蠕变函数定义由于随时间的蠕变所引起的变形；‑基于以下各项来计算由于蠕变所引起的变形以供下一测量用：‑所述蠕变函数；‑以下各项之间的时间：c)所述传感器的所述当前测量，以及d)所述下一测量，其中，所述当前测量和所述下一测量之间的时间是总测量时间的一小部分；‑所述当前测量中所测量出的施加力；以及‑由于所述当前测量中的蠕变所引起的变形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.24 NL 20163151.一种传感器设备，用于确定在传感器的输出中由于蠕变所引起的变形，所述传感器设备包括：-施力部件，其被配置为对所述传感器施加机械力；-所述传感器，其被配置为在当前测量中测量由施加力所引起的所述传感器的位移；-处理器组件，其被配置为通过以下操作来确定由于蠕变所引起的变形以供所述传感器进行下一测量：-提供蠕变函数，其中所述蠕变函数定义由于随时间的蠕变所引起的变形；-基于以下各项来计算由于蠕变所引起的变形以供下一测量用：-所述蠕变函数；-以下各项之间的时间：c)所述传感器的所述当前测量，以及d)所述下一测量，其中，所述当前测量和所述下一测量之间的时间是总测量时间的一小部分；-所述当前测量中所测量出的施加力；以及-由于所述当前测量中的蠕变所引起的变形。2.根据权利要求1所述的用于确定由于蠕变所引起的变形的传感器设备，其中，所述总测量时间是连续的。3.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定由于蠕变所引起的变形的传感器设备，其中，所述传感器设备还包括：-校准部件，其被配置为：-对所述传感器施加预定机械力；-利用所述传感器来测量随时间的施加力；以及-利用所述处理器组件，基于所述预定机械力和所测量出的随时间的施加力之间的直接关系来确定并提供所述蠕变函数。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其中，所述蠕变函数是指数函数。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其中，所述处理器组件还被配置为：-通过以下操作来初始地确定由于蠕变所引起的变形以供传感器组件进行第一测量：-提供所述蠕变函数，其中所述蠕变函数定义由于随时间的蠕变所引起的变形；-以下各项之间的时间：a)对所述传感器施加所述机械力的起点，以及b)所述传感器的所述第一测量。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备，其中，所述传感器还被配置为在所述下一测量中测量所述施加力，其中所述传感器设备还包括：-校正部件，其被配置为通过考虑计算出的由于蠕变所引起的变形来校正测量出的所述施加力。7.一种传感器设备，用于使用测量所施加的机械力并且面临漂移误差的传感器的输出来确定所施加的机械力，所述传感器设备包括所述传感器和处理器组件，所述传感器设备被配置为：-在第一测量中利用所述传感器设备的所述传感器来测量没有进行力施加时的施加力；-利用所述传感器设备所包括的所述处理器组件来使所述第一测量中所测量出的施加力为零；-对所述传感器施加机械力；-在第二测量中利用所述传感器设备的所述传感器来测量施加力；-停止对所述传感器施加机械力；-在第三测量中利用所述传感器来测量没有对所述传感器进行力施加时的施加力；-利用所述处理器组件来使所述第三测量中所测量出的施加力为零，于是获得所述第一测量和所述第三测量之间出现的漂移误差；以及-利用插值来校正所述第二测量，所述插值通过利用所述处理器组件对所述第一测量和所述第三测量之间所获得的漂移误差进行插值而提供，以供所述第二测量用。8.根据权利要求7所述的用于确定所施加的机械力的传感器设备，其中，所述处理器组件被配置为在所述第一测量和所述第三测量之间进行线性插值。9.一种接合剂测试器设备，用于在测试接合剂和/或材料的强度时确定由于蠕变所引起的变形，所述接合剂测试器设备包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器设备。10.一种用于确定在传感器设备所包括的传感器的输出中由于蠕变所引起的变形的方法，所述传感器测...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·赛克斯，
申请(专利权)人：赛世铁克，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL