专利名称：多维力传感器的贴片及组桥方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，尤其是一种能提高多维力传感器的测量精度，并能从设计根源上消除维间耦合的贴片及组桥方法。
背景技术：
多维力传感器用于感知空间中的正交力/力矩，多维力传感器被广泛用于航天、 医疗、机器人、工业自动化中。多维力传感器的一般设计步骤为弹性体设计、贴片位置及组桥方式、标定及解耦。对于弹性体的设计和标定及解耦方面的工作已经做了很多的研究，专利CN 1289917 A，公开了一种基于陶瓷厚膜技术的六维力传感器，专利CN 101832837 A，公开了一种基于耦合误差建模的多维力传感器标定解耦方法。而对于贴片位置及组桥方式的研究工作很少，合理的贴片位置及组桥方式可以提高测量电桥电压的灵敏度、测量范围和测量精度。影响多维力传感器测量精度的最主要方面是维间的耦合，维间耦合，即某一方向的输出信号中，有其它方向输入量的影响。从原理上讲，在单一方向的力作用下，只应在其对应方向上产生输出，其它方向输出应为零。但事实上，其它方向输出不是零，这就是由传感器机械结构、转换原理以及加工、贴片等工艺因素造成的耦合干扰，其中贴片和组桥方式是产生维间耦合最主要的因素。要消除或抑制耦合，可以从两个方面入手。第一是设法消除其产生的根源；第二是利用标定解耦矩阵。目前，比较常用的是通过标定解耦矩阵对测量数据进行解耦，但是这种方法解耦精度比较低，只能达到90%，。从根源上消除维间耦合可以通过提高加工精度、必需选择合理的贴片位置和组桥方式的方法来实现，这种方法更加具有实用价值，更简单，消除或抑制了维间耦合对传感器测量精度的影响。
发明内容
本发明是要提供一种多维力传感器的贴片及组桥方法，通过选择合理的贴片位置和组桥方式，从根源上解决传感器维间的耦合，提高传感器的测量精度。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种多维力传感器的贴片及组桥方法，包括以下步骤
1)首先根据弹性体的力学模型，建立多维力传感器弹性体的应变数学模型，并根据数学模型，求解多维力传感器弹性体所产生的应变与作用力的解析解，其骨骼二维力传感器在轴向拉压力和径向剪切力作用下应变的解析解表达式为
权利要求
1.一种多维力传感器的贴片及组桥方法，其特征在于，包括以下步骤1)首先根据弹性体的力学模型，建立多维力传感器弹性体的应变数学模型，并根据数学模型，求解多维力传感器弹性体所产生的应变与作用力的解析解，其骨骼二维力传感器在轴向拉压力和径向剪切力作用下应变的解析解表达式为
2.根据权利要求1所述的多维力传感器的贴片及组桥方法，其特征在于上述第五步骤中，根据骨骼二维力传感器弹性体在轴向拉压力作用时的轴对称特性和径向剪切力作用时的反轴对称特性，应变贴片尽~ ^ &贴在直径方向上，应变贴片尽爲、Rt Rs 贴在圆周方向上，应变贴片尽R^民用来实现对轴向拉压力的测量，应变贴片 &知Rr R8用来实现对径向剪切力的测量，当轴向拉压力作单独用时，只有应变贴片各Rr Rt &有输出电压，而当径向剪切力作用时，只有应变贴片尽^ Rt民所组成的全桥有电压输出，从设计根源上做到骨骼二维力传感器的静态解耦。
全文摘要
本发明涉及一种多维力传感器的贴片及组桥方法，包括以下步骤1．首先根据弹性体的力学模型，建立多维力传感器弹性体的应变数学模型，并根据数学模型，求解多维力传感器弹性体所产生的应变与作用力的解析解；2．建立多维力传感器弹性体的三维模型；3．根据多维力传感器传感器的工况分别施加作用力和约束，并进行有限元的求解；4．寻找多维力传感器传感器弹的最大应变变化位置；5．选择应变贴片位置和组桥方式；6．结合多维力传感器的三维模型和有限元模型，分析上述组桥方式下的应变输出，判断是否从弹性体设计的根源上做到对多维传感器传感器的静态解耦。本发明从传感器的根源解决了多维力传感器的维间耦合问题，解耦精度高，解耦方法简单。
文档编号G01L1/22GK102353487SQ20111016151
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者付婷婷, 朱坚民, 朱欢欢, 杜鹏, 杨帆, 王军, 赵福旺 申请人:上海理工大学