[发明专利]一种基于传感器灵敏度差异测力仪的标定方法

权利要求书

1.一种基于传感器灵敏度差异测力仪的标定方法，将压电力传感器安装在标定装置上；通过标定平台对压电力传感器进行阶梯主向力加载，重复多次，记录输出电压；采用最小二乘法，对数据平均值进行归一化处理，得到其主向灵敏度；计算得到4个压电力传感器的力电转换系数和力电转换系数偏差；将4个压电力传感器组装成测力仪并在其中心点进行标定实验，计算测力仪主向实际输出与理论输出的比值，得到其稳定输出的修正系数；结合4个压电力传感器主向力电转换系数及其偏差，将主向的输出分解为稳定输出和波动输出两部分；引入测力仪主向加载的力学分配公式并代入主向输出的分解公式中，建立力输入与测力仪主向输出的高精度映射关系，完成测力仪的标定；

其特征在于，具体步骤如下：

第一步，压电力传感器与测力仪中心标定

1)标定压电力传感器

将1号压电力传感器安装在标定装置上，通过标定平台，采用阶梯加载的方式，进行压电力传感器标定实验，重复多次并记录数据；再对2、3、4号压电力传感器重复以上步骤，并记录输出数据；

2)测力仪中心标定

采用矩形布置的方式，将4个压电力传感器与上、下板组成压电测力仪；将测力仪固定在标定平台上，调节主向加载装置，对测力仪中心进行阶梯加载实验，重复多次并记录输出数据；

第二步，数据处理

1)输出电压信号预处理

采用最小二乘法，分别对4个压电力传感器输出数据的平均值进行线性拟合，得到4个传感器力输入-电压输出曲线的斜率l_i(i＝1,2,3,4)，根据式(1)得到各传感器的力电转换系数，公式如下：

k_i＝l_i,(i＝1,2,3,4) (1)

其中，k_i为第i号压电力传感器的力电转换系数，四个传感器的平均力电转换系数为，

根据式(3)计算1-4号压电力传感器的主向力电转换系数偏差Δk_i，公式如下：

2)引入修正系数

引入测力仪主向稳定输出的修正系数，其值等于在测力仪中心点进行主向加载时的实际输出F_c与理论输出的比值，如公式(4)所示，

其中，为测力仪主向稳定输出的修正系数，F_i(i＝1,2,3,4)为4个压电力传感器各自的理论输出力值；

3)分解主向输出力

将测力仪的输出分为稳定输出与波动输出ΔU两部分，测力仪在主向多加载点力作用下的实际输出为：

4)引入力学分配公式

测力仪主向加载的力学分配公式如式(6)，

其中，F为施加在测力仪上的主向力；以测力仪上板的中心点为原点建立平面直角坐标系，则主向力作用点的坐标为(δ_y，δ_x)；a为压电力传感器中心到X轴的距离，b为压电力传感器中心到Y轴的距离；

将式(6)代入式(5)得到力输入-测力仪输出的映射关系，如式(7)所示，

式(7)用于解决测力仪多加载点的标定问题；

第三步，验证测力仪多加载点映射关系

对测力仪上多点进行主向力标定实验，记录实验数据；利用公式(7)，计算出理论输入力值，与实际输入力值进行比较，该标定方法提高了多加载点力的标定精度。