[发明专利]应变式多维力传感器的解耦方法

说明书

本发明的应变式多维力传感器的解耦方法属传感器技术。

随着科学技术的迅速发展，应变式多维力传感器在许多领域中得到日益广泛的应用，但由于加工工艺水平的限制，目前多维力传感器还都不可避免地存在各维间耦合问题，各维间耦合系数一般只能控制在5%的水平上，成为测量误差的主要因素。目前解决这一问题的方法有两种：（1）矩阵计算法。这种方法一般只能在测量完成后进行，实时性差，也增加了信号处理难度;（2）补偿电路法。这种方法需要为每个传感器配备专用的补偿电路，通用性差，难以广泛应用。需指出的是，这两种方法实质上属于信号处理技术，并非对传感器本身输出特性的改善。

本发明的目的在于从改善传感器本身输出特性出发，提供一种简单方便实时性强，通用性好，精度高的应变式多维力传感器解耦方法。

本发明的应变式多维力传感器的解耦方法，是采用附加应变片的组桥方法。即为消除多维力传感器中其它外力分量对其中一外力分量的干扰，是通过将除对应于该外力分量的这组附加应变片以外的其它各组附加应变片各自串联（或并联）一个调节电阻后，再以并联（或串联）的方式引入到该外力分量的测量电桥桥臂中，使得在除该外力分量以外，其它各外力分量的作用下，各附加应变片的阻值增量在测量电桥中产生的附加输出与测量电桥原有桥臂应变片的阻值增量产生的原始干扰输出方向相反，并通过调节电阻来调节附加输出的幅值大小，达到消除干扰的目的。

假设有N个外力作用分量，对应有N个外力分量的测量电桥和N组附加应变片。N个外力分量作用，使得对应的N组附加应变片产生变化，且使其输出存在干扰现象。为消除这种相互干扰的现象，本发明采用附加应变片的组桥方法，即为消除其它外力分量对第i个外力分量的测量电桥B_i的干扰，是通过除将第i组附加应变片以外的其它的各组附加应变片以并联（或串联）的方式引入到第i个外力分量的测量电桥B_i的桥壁中，使得在除第i个外力分量以外的其它各外力分量的作用下，各附加应变片的阻值增量在测量电桥B_i中产生的附加输出与测量电桥B_i原有的桥臂应变片的阻值增量产生的原始干扰输出方向相反，并通过引入调节电阻来调节附加输出的幅值大小，使得原始干扰输出与附加输出大小相等方向相反，从而达到消除相互干扰的目的。

本发明的解耦方法是通过对应变式多维力传感器测量电桥桥臂联接方法的革新来改善传感器本身的输出特性的，故简单方便，实时性强，通用性好，精度易保证。

附图1.本发明的附加应变片组桥方法的原理图

附图2.本发明的附加应变片组桥方法的一个实施例电桥图。

附加应变片组桥方法的原理，以附图1所示的两维力传感器来说明，图中f₁、f₂为待测的两个外力分量，B₁、B₂为传感器对应于f₁、f₂的两个测量电桥，R₁、R₂为对应于f₁、f₂的附加应变片的附加电阻，其阻值在与其对应的分力f₁、f₂作用下用显著的增量△R₁₁、△R₂₂。由于相互干扰的存在，在f₁（f₂）作用时，测量电桥B₂（B₁）将产生干扰输出△U₁₂（△U₂₁）。为消除这一干扰输出，将附加电阻R₁（R₂）以串联或并联的方式接入测量电桥B₂（B₁）中产生一个与干扰输出方向相反的输出△U^＊₁₂（△U^＊₂₁），并通过一个与附加应变片并联或串联的调节电阻，调节△U^＊₁₂（△U^＊₂₁）的幅值大小，使得

△U^＊₁₂＝-△U₁₂（△U^＊₁₂＝-△U₂₁）

成立。从而消除传感器各维间的相互干扰。