一种多功能力传感器及其数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能力传感器及其数据处理方法，本发明专利技术涉及传感器技术领域，现提出如下方案，包括：力传感器本体，力传感器本体的敏感区域中设置四根呈十字交叉设置的A梁、B梁、C梁和D梁组成十字梁弹性体结构；本发明专利技术所设计的多功能力传感器通过4路输出信号数据综合运算处理，根据不同应用方式可分别测量Fx，Fy，Fz，Mx，My至多5维力值/扭矩值，该传感器进行至多5维力值/扭矩值测量，实现测量精度高的效果；且该应用方式消除了传统力传感器由于机械加工精度、贴片工艺、标定方式所带来的测量偏差及精度影响，同种结构力传感器精度为0.3％FS，而本发明专利技术所设计的力传感器精度可达0.1％FS。0.1％FS。0.1％FS。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能力传感器及其数据处理方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种多功能力传感器及其数据处理方法。

技术介绍

[0002]21世纪是智能科技的时代，测力传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。国内力传感器市场相较于国外市场，产品存在单一化、技术含量低、精度较差等劣势。
[0003]常规力传感器通常以单路信号输出形式代表其力值信号，例如，一维力传感器通常为一路信号输出；三维力传感器通常具有三路信号输出，每一路信号代表某维力/力矩，应用方式单一化且不可避免造成传感器各路之间信号串扰及降低传感器测量精度。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供：
[0005]一种多功能力传感器，包括：力传感器本体，力传感器本体的敏感区域中设置四根呈十字交叉设置的A梁、B梁、C梁和D梁组成十字梁弹性体结构，而且将力传感器本体划分成4个形变区域；
[0006]所述A梁、B梁、C梁和D梁上分别贴有四只应变计，用于力传感器本体受力后发生弹性形变力值的变化量输出。
[0007]在上述一种多功能力传感器的技术方案中，优选地，所述A梁、B梁、C梁和D梁这4根梁靠近力传感器本体的圆心端上和下端面并排粘贴单轴应变片用于和应变计配合测量传感器力信号。
[0008]在上述一种多功能力传感器的技术方案中，优选地，所述A梁上表面设置的应变计中设置有R1、R2、R3、R4应变计，构成惠斯顿全桥电路，同样地，所述B梁12上表面设置的应变计中设置有R5，R6，R7，R8应变计，构成惠斯顿全桥电路；所述C梁13上表面设置的应变计中设置有R9，R10，R11，R12应变计，构成惠斯顿全桥电路；所述D梁14上表面设置的应变计中设置有R13，R14，R15，R16应变计，构成惠斯顿全桥电路；共计4路信号输出。
[0009]在上述一种多功能力传感器的技术方案中，优选地，所述力传感器本体为圆盘状，且力传感器本体为紧凑型结构，其厚度在14mm
±
0.5mm。
[0010]在上述一种多功能力传感器的技术方案中，优选地，所述力传感器本体的上表面还设置有验证传感器的测量精度的工装A与工装B，且通过工装A和工装B的配合，通过静态标定试验，对传感器进行各维向力/扭矩测试。
[0011]此外，本专利技术还提供：一种多功能力传感器数据处理方法；包括Fz、Fx、Fy应力值标定试验步骤，以及Mx、My扭矩值标定步骤。
[0012]在上述一种多功能力传感器数据处理方法的技术方案中，优选地，所述应力值标定步骤和扭矩值标定步骤具体有如下流程：
[0013]S1：将工装A(立杆)通过螺钉安装固定于传感器中心区域，使用力标准机根据传感
器量程施加对应力值，可进行Fz向力标定，标定期间，将量程分为5等分，每一测量点进、回程均需采集4路输出信号值；
[0014]S2：将工装B(平台)通过螺钉安装固定于传感器上方，根据传感器量程及施力点与传感器中心点力矩换算得对应力值(F＝Mx(My)/Sx(Sy))，使用力标准机施加对应力值，可进行Mx、My向力标定，标定期间，将量程分为5等分，每一测量点进、回程均需采集4路输出信号值；
[0015]S3：Fx及Fy力值可通过Mx、My扭矩值及施力点与传感器中心点力矩换算得到，Fx＝Mx/Sz；Fy＝My/Sz；即在进行Mx、My测试同时，可同步得到Fx、Fy值；
[0016]S4：采用多组分平衡法建立传感器Fz向运算模型：
[0017]多功能力传感器的信号数为n，n≤4，定义Kn,z为传感器标定Fz时的待求系数，Un,z为传感器标定Fz时的信号输出值，则
[0018][0019]F
n,z
＝K
n,z
*U
n,z
[0020]传感器在应用场合会存在一定程度的偏载情况，为提高传感器的抗偏载能力及精度，通过重复标定s次，确定Kn,z系数值，则：
[0021][0022]F
n,z
＝1/4*F
z
[0023]K
n,z
＝F
n,z
/U
n,z
[0024]S5：采用正反扭矩平衡法建立传感器Mx、My向运算模型：
[0025]多功能力传感器在进行Mx标定时，施力点直接作用于A/C梁上，此时B/D梁信号输出相互抵消；定义Kn,x为传感器标定Mx时的待求系数，Un,x为传感器标定Mx时的信号输出值，则：
[0026][0027]施力点作用于A梁上；
[0028][0029]施力点作用于C梁上；
[0030]M
X,1
＝
‑
M
X,2
[0031][0032]为提高传感器的抗偏载能力及精度，标定s次，以确定Kn,x系数值，则：
[0033][0034]通过以上运算模型算得Kn,x值；而进行My标定时，待求系数Kn,y的确定与Mx数据处理方法相似。
[0035]由上述技术方案可知，本专利技术提供一种多功能力传感器及其数据处理方法与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本专利技术所设计的多功能力传感器通过4路输出信号数据综合运算处理，根据不同应用方式可分别测量Fx，Fy，Fz，Mx，My至多5维力值/扭矩值，该传感器进行至多5维力值/扭矩值测量，实现测量精度高的效果；且该应用方式消除了传统力传感器由于机械加工精度、贴片工艺、标定方式所带来的测量偏差及精度影响，同种结构力传感器精度为0.3％FS，而本专利技术所设计的力传感器精度可达0.1％FS。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为多功能力传感器贴片位置示意图；
[0039]图2为多功能力传感器中的A梁测量电桥电路原理图；
[0040]图3为多功能力传感器Fz(Fx、Fy)向标定装置安装示意图；
[0041]图4为多功能力传感器Mx/My向标定装置安装示意图。
[0042]图1
‑
图4中，各个零部件的标识说明如下：
[0043]1、力传感器本体；11、A梁；12、B梁；13、C梁；14、D梁；2、应变计；3、工装A；4、工装B。
具体实施方式
[0044]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能力传感器，其特征在于，包括有力传感器本体(1)，力传感器本体(1)的敏感区域中设置四根呈十字交叉设置的A梁(11)、B梁(12)、C梁(13)和D梁(14)组成十字梁弹性体结构，而且将力传感器本体(1)划分成4个形变区域；所述A梁(11)、B梁(12)、C梁(13)和D梁(14)上分别贴有四只应变计(2)，用于力传感器本体(1)受力后发生弹性形变力值的变化量输出。2.根据权利要求1所述的一种多功能力传感器，其特征在于，所述A梁(11)、B梁(12)、C梁(13)和D梁(14)这4根梁靠近力传感器本体(1)的圆心端上和下端面并排粘贴单轴应变片用于和应变计(2)配合测量传感器力信号。3.根据权利要求1所述的一种多功能力传感器，其特征在于，所述A梁(11)上表面设置的应变计(2)中设置有R1、R2、R3、R4应变计，构成惠斯顿全桥电路，同样地，所述B梁(12)上表面设置的应变计中设置有R5，R6，R7，R8应变计，构成惠斯顿全桥电路；所述C梁(13)上表面设置的应变计中设置有R9，R10，R11，R12应变计，构成惠斯顿全桥电路；所述D梁(14)上表面设置的应变计中设置有R13，R14，R15，R16应变计，构成惠斯顿全桥电路；共计4路信号输出。4.根据权利要求1所述的一种多功能力传感器，其特征在于，所述力传感器本体(1)为圆盘状，且力传感器本体(1)为紧凑型结构，其厚度在14mm
±
0.5mm。5.根据权利要求1所述的一种多功能力传感器，其特征在于，所述力传感器本体(1)的上表面还设置有验证传感器的测量精度的工装A(3)与工装B(4)，且通过工装A(3)和工装B(4)的配合，通过静态标定试验，对传感器进行各维向力/扭矩测试。6.一种多功能力传感器数据处理方法，其包括权利要求1
‑
5任一项所述的一种多功能力传感器，其还包括Fz、Fx、Fy应力值标定试验步骤，以及Mx、My扭矩值标定步骤。7.根据权利要求6所述的一种多功能力传感器数据处理方法，其特征在于，所述应力值标定步骤和扭矩值标定步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉淳，朱成平，易宁，
申请(专利权)人：上海尚测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：