【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种传感器，具体地说，涉及一种传感器的结构尺寸优化方法。
技术介绍
优化设计是指以某种方法确定被优化对象的一组结构参数，使它的输出特性按预定精度变化，在某些性能指标上达到最佳。传感器作为精密测量的一种常用工具，其结构设计对其测量结果的准确度起着决定性的作用。结构优化设计不仅可以降低结构重量和材料成本，而且能够改进传感器的灵敏度、强度、刚度、振动特性、屈曲稳定性等性能。传感器优化设计是基于传感器的数学模型，以传感器的性能指标为目标函数，选定其设计参数和变化范围，应用优化算法，通过软件计算出满足性能指标的最佳参数。显然对于实际测量中的不同特性要求，就有一组不同的最优结构参数，即不同的最优化设计方案。因此，首先要根据实际需要，确定一个目标，即先建立一个目标函数，然后选择一种恰当的最优化方法求解。其中传感器设计的目标之一是获得较高的精度，但传感器尺寸的要求往往会限制传感器的静态特性和动态特性。特别是多维力传感器的设计，在精度、线性度和灵敏度之间很难达到一个很好的平衡点，以致传感器有些性能很差。目前，结构优化设计比较常用的方法是使用ANSYS软件，对于多维力传感器来说结构优化的目标函数比较难以确定，比较常用的目标函数为传感器的重量和体积作为优化目标函数，这种优化只能使得传感器做到微型化，而无法很好地解决传感器的灵敏度和线性度，同时有可能会在降低重量和体积的同时也使得传感器的灵敏度和线性度降低。而对于多维力传感器来说，灵敏度和线性度又是最重要的性能指标。因此，需要以多维力传感器的主要性能指标为目标函数的优化方法才可以直接提高传感器综合性能。专利技术内...
【技术保护点】
１．一种多维力传感器的结构尺寸优化方法，其特征在于，其步骤是：（一）建立二维力传感器的力学模型，根据力学模型建立弹性体的数学模型，并求解出应力、应变与力的解析解，具体表达式如下公式： （１）（２） （３） （４） （５） （６） （７）（８）其中 为轴向拉压力作用时的径向应力，为轴向拉压力作用时的切向应力，为轴向拉压力作用时的径向应变，为轴向拉压力作用时的切向应变，为径向剪切力作用下的应力应变、为径向剪切力作用下的切向应力 、为径向剪切力作用下的径向应变、为径向剪切力作用下的切向应变，式中：ａ为弹性体的外径，ｂ为弹性体的内径，ｈ为弹性体的膜厚，Ｅ为传感器的弹性模量，为传感器的泊松比，为轴向拉压力，为径向剪切力，为径向剪切力的偏转角度，ｒ为膜片上的任意半径值，为硬中心的高度；（二）基于应变与力的解析解，确定影响多维力传感器的灵敏度和线性度的结构尺寸，并以多维力传感器的灵敏度和线性度为结构尺寸的优化目标函数进行优化：１）优化确定内外半径首先确定内半径或外半径当中的一个尺寸，通过改变内外半径比求...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱坚民，王军，杨帆，杜鹏，朱欢欢，赵福旺，付婷婷，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31
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