[发明专利]一种利用压电式力传感器测量静态力的方法

摘要

本发明公开了一种利用压电式力传感器测量静态力的方法，它包括以下步骤：1‑建立压电式力传感器测量系统输出电压随时间变化的数学式；2‑确定压电式力传感器测量系统的时间常数τ；3‑确定时间间隔Δt及压电式力传感器测量系统输出电压的衰减阈值Δu_th；4‑判断被测力是稳恒力还是变恒力，若在时间间隔Δt内测量系统输出电压的衰减值Δu不超过衰减阀值Δu_th，则被测力为稳恒力，按u₀输出一个恒定值；若衰减值Δu超过衰减阀值Δu_th，则被测力为变恒力，根据衰减值Δu对测量系统的输出电压补偿后输出。本发明的技术效果是：在不改变压电式力传感器结构的情况下，经补偿克服了压电式力传感器电荷衰减的影响，获得稳定的输出电压，实现利用压电式力传感器对静态力的测量。

主权项

1.一种利用压电式力传感器测量静态力的方法，其特征是，包括以下步骤：/n步骤1、建立压电式力传感器测量系统的输出电压u(t)随时间变化的数学式；/n /n式中，u₀为t＝0时压电式力传感器测量系统的输出电压；t为放电时间；R为压电式力传感器测量系统的等效绝缘漏电阻；C为压电式力传感器测量系统的等效电容；取压电式力传感器测量系统的时间常数τ＝RC，则有：/n /n步骤2、确定压电式力传感器测量系统的时间常数τ；/n在压电式力传感器测量系统使用环境中，对压电式力传感器测量系统的输出电压的测试曲线进行拟合，得到时间常数τ；/n步骤3、确定时间间隔Δt及压电式力传感器测量系统输出电压的衰减阈值Δ u_th ；/n时间间隔Δt＝t₁-t₀＜τ，且Δt∈[Δt_min,Δt_max]，t₀是初始时刻，t₁是Δt的末时刻，Δt_min由压电式力传感器测量系统的采样频率决定，Δt_max由被测力的频率决定；/n压电式力传感器测量系统输出电压的衰减阈值Δu_th＝Δu_max：/n /nΔu_max是在施加满量程静态力时，从初始时刻开始的时间间隔Δt内，压电式力传感器测量系统输出电压的衰减值；/n步骤4、判断静态力是稳恒力还是变恒力，并对压电式力传感器测量系统的输出电压进行补偿；/n若在确定的时间间隔Δt内衰减值Δu未超过这一衰减阈值Δu_th，则判断静态力为稳恒力，则此时输出一个恒定值；/n若在确定的时间间隔Δt内该衰减值Δu超过这一衰减阈值Δu_th，则判定静态力发生变化，称为变恒力，此时使用该衰减值Δu对压电式力传感器的测量系统的输出电压进行补偿；/n对静态力进行电压补偿的具体步骤为：/n步骤01，赋值t＝0、u(t)＝u(0)和补偿后的输出电压u(t)_offset＝u(0)；/n步骤02，比较|u(t+Δt)-u(t)|>Δu_th，如不等式成立，则执行步骤03；否则执行执行步骤04；/n步骤03，u(t+Δt)_offset＝u(t)_offset+u(t+Δt)-u(t)，然后执行步骤05；/n步骤04，u(t+Δt)_offset＝u(t)_offset，然后执行步骤05；/n步骤05，计算测量时间t＝t+Δt，将u(t+Δt)_offset赋值给u(t+Δt)；并输出u(t+Δt)_out和时间t；/n步骤06，判断是否结束测量，如果是，则执行步骤07；否则，执行步骤02；/n步骤07，结束程序。/n