多维力传感器静态标定概述

多维力传感器的静态标定标定装置：力源、结构排布测量方法数据处理：最小二乘法静态标定力源常见力源有砝码加载，机械或液压加载配合测力环或者标准传感器使用。1.砝码优点：传统式标定力源，精度高，操作方便缺点：滑轮和绳索摩擦力影响精度；无法连续施力；只适用于小量程传感器该装置以祛码作为力源，通过标定时的机构换位配合来实现六维力的标定。但标定范围较小，最大能产生力500N，最大能产生力矩50N.m，整个标定装置精度也高，但无法进行大量程的标定。304和合肥工业大学等构思的砝码加载台2.机械加载使用蜗轮蜗杆加力装置作为力源，配合测力环或者标准单向力传感器优点：精度高、操作方便、结构简单、性能稳定可靠缺点：1）装置采用大速比蜗轮蜗杆减速机来施加载荷，以绳索上附着的应变片检测所施加力大小。整个装置结构简单、操作方便、制造成本低，为并联六维力传感器的加载与标定提供了实用、可靠的标定装置。该装置虽然能够能并联六维力传感器进行标定，但其标定的所施加的力都是复合力，并不是标定所需的真正单维力，这对存在向间祸合的力传感器，尤其是本课题所采用的压电力传感器，将很难对其完成标定。虽然可以理论上的解祸分析，但从复合力算出单维力的解藕分析已失去了基本的六维标定意义，产生的误差也是无法评估的。2）由大连理工大学机械学院传感测控研究所相关研究人员研制出的多功能测力仪标定加载器可以力传感器进行六维标定。该装置通过螺旋传动加载，并由测力环来显示出力的大小，有效的消除了中间机械传递环节造成的误差。该加载器不仅能对三个方向同时施加力载荷，而且还可以施加力矩载荷，从而可以进行三坐标测力仪的标定，具有精度高、操作方便、结构简单、性能稳定可靠等特点。但该装置为了保证足够的精度，每隔一定周期需到计量局对测力环进行校正;装置加载范围有限，其对小量程的多维通道力、力矩单独标定易于实现，且精度较好，但却无法进行大量程的多维通道力、力矩标定;且工作台空间尺寸有限，无法对大空间的力传感器进行六维标定。3）浙江省计量科学院相关研究人员用单向力传感器代替测力计，设计了可对三向力传感器进行标定的装置，其结构示意如图1.7所示。3.电子试验机这种标定机构从原理上可以进行对纯的六维标定，且满足大量程和大空间要求，但实施起来却有相当大的困难:标定为大量程，对立柱和滑轮这样的零件，其强度和钢度较难满足安全要求;较难保证加载方向的水平或垂直;机构相对比较冗繁，传递路线过长，不确定度大，中间的摩擦不可忽略，力的损失较大，影响标定精度;由于试验机的系列化，造成平台与试验机间的联接较为困难，难以实现整体的固定。4.液压式力源液压技术在各个领域中的应用越来越广泛，液压系统已成为设备中最为关键的部分之一。液压传动具有体积小、重量轻;可实现无级调速;换向容易;液压元件标准化、系列化;便于设计;操纵简单;易实现过载保护以及大量程的输出。但采用液压力源有以下几个不足之处：(a)系统维护的要求高，工作油要始终保持清洁;(b)对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高，且维修较复杂;(c)实现活塞杆大的位移，即工作行程，需要做大量的加压功，由于加载的力量程较大，工作所需时间较长，这对于大量程的压电力传感器的标定将是一件即耗时又费力的作业;(d)压电力传感器是精密的测量仪器，对标定环境有一定的要求，定期的油液更换以及可能出现的油的泄漏将严重影响到传感器的实际使用与标定;且由于油液的缓冲，将造成标定时加载的延迟，以及回程测量时的迟滞，无法对压电力传感器完成精确的六维标定。