[发明专利]一种基于传感器灵敏度差异测力仪的标定方法

摘要

本发明提供了一种基于传感器灵敏度差异测力仪的标定方法，采用可平移的主向力加载机构，保证主向加载力力线与压电测力单元的轴线重合；通过阶梯加载满量程的主向力，重复多次并记录输出电压；对数据进行处理，计算得到每个压电力传感器的力电转换系数及其偏差；对测力仪进行中心点标定实验，利用测力仪中心点的实际输出与理论输出计算得到其稳定输出的修正系数，再结合测力单元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；最后引入测力仪主向加载的力学分配公式，建立测力仪主向输入与输出的关系式，完成测力仪的标定。本方法解决了之前对变加载点矢量力测试精度较低的问题，提高了矢量力测试装置的测试精度。

主权项

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化系数，四个传感器的平均力电转化系数为，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。