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力传感器惯性质量的改进Monte Carlo校准方法

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北京航空航天大学学报 2018年第2期44卷 342-348页

作者：江文松王中宇张力杨军吕京北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室北京100083 中国航空工业集团有限公司北京长城计量测试技术研究所北京100095 中国合格评定国家认可中心技术处北京100062

惯性质量是力传感器模型的重要校准参数,也是影响动态力测量精度的关键因素之一。为了消除参数误差对惯性质量校准模型引起的病态,提出一种改进Monte Carlo校准(MMCC)方法。首先,建立力传感器惯性质量、配重质量与测量响应之间的模型;其... 详细信息

惯性质量是力传感器模型的重要校准参数,也是影响动态力测量精度的关键因素之一。为了消除参数误差对惯性质量校准模型引起的病态,提出一种改进Monte Carlo校准(MMCC)方法。首先,建立力传感器惯性质量、配重质量与测量响应之间的模型;其次,利用伪随机数生成技术,分别对该模型中的配重质量、加速度和电压进行样本空间的全域模拟;然后,根据区间判断准则筛选出满足预设精度的有效样本;最后,结合有效样本的概率,估计出力传感器的惯性质量,并实现动态校准。为了验证本文方法的准确性,利用正弦激振台对Kistler 9331B型力传感器进行动态校准。实验结果表明,惯性质量的估计值为83.91 g,估计误差为0.67%,标准差为0.74 g;动态力的校准误差范围为[-7.88%,11.46%]。校准误差明显低于传统的二次及多次配重法。

关键词：力传感器估计模型病态 Monte Carlo模拟动态校准

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力传感器动态标定及其精度分析研究

振动与冲击 2005年第2期24卷 95-98页

作者：顾宝栋陈怀海申凡许锋南京航空航天大学振动工程研究所南京210016

对一种压电晶体力传感器动态标定系统进行了研究。首先介绍了这种动态力传感器标定系统的原理和构成;然后用区间算法分析了标定系统的精度,推导出了标定精度的具体表达式;最后对标定系统进行了大量的实验研究,比较了对标准质量块进行有... 详细信息

对一种压电晶体力传感器动态标定系统进行了研究。首先介绍了这种动态力传感器标定系统的原理和构成;然后用区间算法分析了标定系统的精度,推导出了标定精度的具体表达式;最后对标定系统进行了大量的实验研究,比较了对标准质量块进行有悬挂和无悬挂安装两种实验方案的效果,研究了系统附加质量随频率变化的特性以及其他安装过程对标定结果的影响。研究表明:有悬挂安装法的一致性较差,对实验结果影响较大,无悬挂安装法的一致性较好;在中低频段,系统的附加质量变化幅度很小,力传感器的灵敏度也较为稳定,在高频段,系统的附加质量随标定频率的增加有显著增加,力传感器的灵敏度也有一定增大。这表明,在较高频带上进行实验时,力传感器的灵敏度有必要进行适当修正。

关键词：力传感器灵敏度动态标定

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球头副曲率半径对力传感器方位误差的影响

中国机械工程 2019年第18期30卷 2198-2206页

作者：梁伟杨晓翔王秀荣姚进辉福州大学机械工程及自动化学院福州350116 福建省计量科学研究院智能测量研究所福州350003 泉州师范学院应用科技学院泉州362000

对不同接触形式的球头副的载荷偏心量和接触应力进行了分析,并设计了9对不同接触形式、不同结构尺寸的球头副进行方位误差测量。实验结果发现,相对于球面球面点接触形式球头副,球面平面点接触形式球头副的方位误差更小,球面球面完全接... 详细信息

对不同接触形式的球头副的载荷偏心量和接触应力进行了分析,并设计了9对不同接触形式、不同结构尺寸的球头副进行方位误差测量。实验结果发现,相对于球面球面点接触形式球头副,球面平面点接触形式球头副的方位误差更小,球面球面完全接触形式球头副与球面平面点接触形式球头副的偏心载荷相当;调整角度较小时,可以选用球面球面点接触或球面球面完全接触,调整角度较大时,宜采用球面平面点接触或半径较小的球面球面完全接触。

关键词：力传感器球头副曲率半径方位误差

基于复合单叶双曲面的广义Gough-Stewart结构六维力传感器各向同性优化设计

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航空学报 2013年第11期34卷 2607-2615页

作者：佟志忠姜洪洲何景峰张辉哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150080

六维力传感器力敏元件的结构设计是实现低耦合、高精度性能的关键,标准Gough-Stewart结构六维力传感器力各向同性度的最佳值为0.707,其力各向同性的本质不可达特性直接影响测量精度。为此采用广义Gough-Stewart结构设计六维力传感器,通... 详细信息

六维力传感器力敏元件的结构设计是实现低耦合、高精度性能的关键,标准Gough-Stewart结构六维力传感器力各向同性度的最佳值为0.707,其力各向同性的本质不可达特性直接影响测量精度。为此采用广义Gough-Stewart结构设计六维力传感器,通过具有最小结构参数描述集的复合单叶双曲面描述定义、分析力各向同性问题,推导了封闭、解析的数学描述,证明了其力各向同性的可达性,提出了满足力测量中心位置需求的力各向同性空间六维力传感器Gough-Stewart并联结构设计方法。研究表明所提出的设计和综合方法不仅是一种构造一类力各向同性广义GoughStewart结构六维力传感器的新方法,还是一种并联机构构型综合的新方法。

关键词：广义Gough—Stewart结构各向同性复合单叶双曲面力传感器优化设计

模态测试中力传感器附加质量辨识及消除方法研究

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振动与冲击 2014年第14期33卷 108-112,142页

作者：任军毕树生北京航空航天大学机器人研究所北京100191

针对激振器激励方式在模态测试中因力传感器附加质量影响会使测量频响函数不准确、附加质量大小难以准确获知等问题,提出基于测量的频响函数辨识力传感器附加质量方法,为消除该附加质量影响提供依据。分析附加质量对结构频响函数的修改... 详细信息

针对激振器激励方式在模态测试中因力传感器附加质量影响会使测量频响函数不准确、附加质量大小难以准确获知等问题,提出基于测量的频响函数辨识力传感器附加质量方法,为消除该附加质量影响提供依据。分析附加质量对结构频响函数的修改,并推导用测量频响函数表达附加质量的通用公式;通过数值仿真验证方法的可行性;采用激振器+激光测振仪方案对简支梁进行模态实验,用简支梁两点的驱动点及跨点频响函数(共四组数据)辨识力传感器附加质量大小。该方法辨识精度取决于频响函数测量精度,而实验中因噪声影响常使测量的频响函数在某些频段质量较低。因该方法计算不依赖全频段数据,故实践中可针对性选取四组频响函数中均具有较高质量的公共频段数据参与计算,以提高辨识精度。

关键词：模态测试力传感器附加质量影响频响函数激光测振仪

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加油接头力传感器设计

航空学报 2024年第7期45卷 216-226页

作者：石荣武白新玉谭义峰赵哲中航电测仪器股份有限公司西安710119

加油装置是加油机的重要发展方向之一,加油接头力传感器是其自动卸荷系统消除动臂载荷实现闭环控制的重要设备,但目前国内尚无该类设备满足实际装机使用要求。通过对加油接头力传感器进行总体设计研究,解决电路与燃油通道隔离及电磁屏蔽... 详细信息

加油装置是加油机的重要发展方向之一,加油接头力传感器是其自动卸荷系统消除动臂载荷实现闭环控制的重要设备,但目前国内尚无该类设备满足实际装机使用要求。通过对加油接头力传感器进行总体设计研究,解决电路与燃油通道隔离及电磁屏蔽,尽量消除俯仰与滚转测量的串扰等问题,将弹性体设计为管状结构,确定合理的应变敏感位置。在小外廓尺寸前提下实现其内径同伸缩管及加油接头的内径一致,保证加油系统结构的最优设计,并提高了测量精度。通过输出灵敏度等设计、分析与测试验证,实现了动臂载荷的安全可靠和准确测量,为该机载设备研制提供了支撑。

关键词：力传感器自动卸荷系统动臂载荷串扰弹性体管状结构

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应变片排布位置对柱式力传感器输出影响

仪器仪表学报 2019年第5期40卷 132-143页

作者：梁伟韦铁平杨晓翔赖征创姚进辉福州大学机械工程及自动化学院福州350116 福建省计量科学研究院福州350003 福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118

研究偏心、倾斜载荷作用下,应变片排布位置对柱式力传感器输出的影响,对提高传感器抗偏心、倾斜载荷能力具有重要作用。采用弹性理论建立了偏心、倾斜载荷作用下,考虑应变片位置偏差、角度偏差、高度位置影响的柱式传感器输出模型。基... 详细信息

研究偏心、倾斜载荷作用下,应变片排布位置对柱式力传感器输出的影响,对提高传感器抗偏心、倾斜载荷能力具有重要作用。采用弹性理论建立了偏心、倾斜载荷作用下,考虑应变片位置偏差、角度偏差、高度位置影响的柱式传感器输出模型。基于该模型,分别讨论了应变片位置偏差、角度偏差和高度位置对传感器示值误差和方位误差的影响,并进行实验验证。研究结果表明,当应变片之间存在位置偏差或应变片存在角度偏差,传感器在偏心、倾斜载荷作用下,将产生较大示值误差和方位误差,且误差随位置偏差或角度偏差的增大而迅速增大。应变片粘贴时,如果位置偏差和角度偏差均不大于1°,则即使传感器在0.1°倾斜载荷作用下,示值误差也可以控制在±0.15%以内。贴片高度位置变化对传感器输出的影响较小。该力传感器输出模型分析结果准确可靠,对控制传感器生产工艺水平具有一定指导作用。

关键词：应变片力传感器寄生分量示值误差

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面向任务的并联结构六维力传感器设计

机械工程学报 2011年第11期47卷 7-13页

作者：王航姚建涛侯雨雷王志军赵永生燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

目前研究并联结构六维力传感器多以各向同性作为传感器性能优劣的评价指标,而实际中,传感器是用来执行一定的任务,而这一任务并不一定需要传感器为各向同性的结构。故而,面向任务的传感器结构设计具有重要的工程实践意义。基于此,应用... 详细信息

目前研究并联结构六维力传感器多以各向同性作为传感器性能优劣的评价指标,而实际中,传感器是用来执行一定的任务,而这一任务并不一定需要传感器为各向同性的结构。故而,面向任务的传感器结构设计具有重要的工程实践意义。基于此,应用螺旋理论建立并联式六维力传感器的静态数学模型;基于抓取规划中作业建模思想,建立传感器的任务模型,并将任务模型分为力椭球模型和力矩椭球模型;系统深入地研究传感器模型和任务模型之间的关系。推导出传感器结构参数与任务模型之间的解析关系式,提出基于任务的传感器性能优劣评价的数学描述。以新型整体预紧式双层并联结构六维力传感器为例,针对执行插销作业和探测任务分别进行具体的传感器结构参数设计,得到了传感器结构参数与任务之间的关系式。研究内容为并联结构传感器在实际应用中的结构设计奠定了基础。

关键词：力传感器并联结构任务

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铁镓合金的压磁效应与力传感器的研究

电工技术学报 2019年第17期34卷 3615-3621页

作者：李云开王博文张冰省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

基于非线性压磁方程,通过COMSOL有限元仿真平台,分析了片状铁镓合金的压磁效应。仿真研究了不同偏置磁场和不同应力下铁镓合金动态压磁系数的变化。参考悬臂梁特性,利用铁镓合金设计并制作了一种新型的磁致伸缩力传感器。根据电磁学理... 详细信息

基于非线性压磁方程,通过COMSOL有限元仿真平台,分析了片状铁镓合金的压磁效应。仿真研究了不同偏置磁场和不同应力下铁镓合金动态压磁系数的变化。参考悬臂梁特性,利用铁镓合金设计并制作了一种新型的磁致伸缩力传感器。根据电磁学理论和压磁效应,建立了力传感器的测试模型。搭建磁致伸缩力传感器实验平台,通过实验研究了偏置磁场和力对输出特性的影响。通过仿真和实验结果可知,偏置磁场强度为4.5 kA/m时,压磁系数最大值为17.5 T/GPa。传感器的测力范围为0~4 N,在0~2 N内传感器有较高的灵敏度。该传感器具有结构简单,灵敏度高等优点,可满足对力精确感知的要求。

关键词：压磁系数磁致伸缩非线性本构模型力传感器