应变式力传感器动态测量系统的研究_张伟
一种组合压力传感器的阻尼系数选择研究毕业论文
本科毕业论文题目：一种组合压力传感器的阻尼系数选择研究摘要测力传感器是传感器技术中的一个重要分支，它跨计算机、自动控制、机械、电子等多个学科。
目前，越来越多的测力传感器已应用到工业、农业、国防、航空航天、医学等众多领域。
这些应用对测力传感器的测量围以及测量精度提出了更高的要求。
现有的大量程压力传感器在测量小围压力时精度不高而小量程的压力传感器精度高却不满足测量围。
压力传感器是测力传感器的一种，在工程中有广泛的应用，传感器也可以认为是由质量，阻尼，弹簧组成的测量系统。
上述三个参数的合理选择对其动态力测量的品质有着至关重要的影响。
本题目在已有一款组合型压力传感器的基础上，对其中的大量程传感器。
仿真研究该传感器阻尼系数对其动态测量性能的定量关系，选出最优的阻尼参数。
关键词：压力传感器，组合结构，动量测量，阻尼参数AbstractForce sensor is an important branch in the technological field of the sensor. It refers to computer sicence , automation, mechanism, electronic science. At present, more and more various kinds of force sensor are introduced into many application situation , such as industry ,agriculture, national defense, aerospace, medicine, etc. High demands on measurement range and measurement accuracy of force sensor are put forward by these applications. The high precision can’t obtained using the large rang pressure sensors in small measure bound, the small rang pressure sensor is beyond measurement range. Pressure sensor is a kind of sensors, In engineering is widely used, Sensors can also considered by quality, damping, spring composition of measuring system, The above three parameters of the reasonable selection of the quality of its dynamic force measuring have a critical impact, This title of a combination has been the basis of pressure sensor, Process in which a large number of sensorsThe simulation research of its damping coefficient of the sensor measured dynamic performance quantitative relationship, Select the optimal damping parameters.Key words：Pressure sensor，Composite structures，Momentum measurement，Damping parameters。
电子与通信技术：传感器技术五
电子与通信技术：传感器技术五1、单选下面哪个不是光敏电阻的优点（）。
A.体积小B.重量轻C.机械强度高D.耗散功率小正确答案：D2、多选目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）。
A.-200～850（江南博哥）℃B.-50～850℃C.-200～150℃D.-200～650℃正确答案：A, D3、填空题在各种热电式传感器中，最为普遍是以将温度转换为（）或电阻变化。
正确答案：电势4、单选下列指标中，属于传感器动态特性指标的是（）。
A、灵敏度B、线性度C、过载能力D、幅频特性正确答案：D5、填空题半导体应变计应用较普遍的有（）、（）、（）、（）等。
正确答案：体型；薄膜型；扩散型；外延型6、填空题减小分布和寄生电容的影响一般可以采取的措施有（）和电缆驱动技术。
正确答案：采取静电屏蔽措施7、填空题（）的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。
正确答案：电荷放大器8、问答题举例说明什么是物性型传感器？什么是结构传感器？正确答案：物性型传感器是利用某种物理性质随被测参数变化而变化的原理制成。
如压电式传感器、热电传感器式、光电传感器式等结构型传感器是利用物理学中的场的定律和运动定律等构成的，其被测参数变化引起传感器的结构变化，从而使输出电量变化。
如光栅式、电容式、电感式等。
9、多选光纤按传播模式分类可以分为（）。
A、普通光纤B、单模光纤C、多模光纤D、渐变折射率光纤正确答案：B, C10、多选光纤按传播模式分类可以分为（）。
A、普通光纤B、单模光纤C、多模光纤D、渐变折射率光纤正确答案：B, C11、问答题简述亮度式温度传感器的工作原理。
正确答案：利用物体的单色辐射亮度随温度变化的特点；将被测物体光谱的一个狭窄区域的亮度与标准辐射体的亮度进行比较。
12、问答题简述温度补偿方法有哪些？正确答案：（1）电桥补偿法。
（2）辅助测温元件微型计算机补偿法。
应变式测力传感器工作原理
应变式测力传感器工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊应变式测力传感器的工作原理，这可有意思啦！你想想看啊，这应变式测力传感器就像是一个超级敏感的小侦探。
它的任务呢，就是时刻留意着力的变化，然后准确地把这些信息传递出来。
那它是怎么做到这么厉害的呢？其实啊，它里面有个关键的部分，就像是小侦探的敏锐眼睛，那就是应变片。
这应变片可神奇了，当有力作用在它上面的时候，它就会像个会变形的小精灵一样，发生一点点微小的变形。
别小看这一点点变形哦，这就像是蝴蝶效应一样，会引发一系列的反应呢！这一点点的变形会让应变片的电阻发生变化，这就好比是小侦探发现了重要线索。
然后呢，通过一些巧妙的电路设计，这个电阻的变化就会被转化成电信号。
哎呀呀，这不就像是小侦探把线索传递给总部一样嘛！这样一来，我们就能清楚地知道力的大小和变化啦。
你说这应变式测力传感器是不是很牛？它就像个默默工作的小英雄，在很多地方都发挥着大作用呢！比如在工业生产中，它能帮我们精确地测量各种力的大小，确保生产过程的安全和质量。
在科学研究中，它也是个得力助手，帮助科学家们探索各种未知的领域。
而且啊，它还特别可靠，就像你身边最靠谱的朋友一样。
不管环境怎么变化，它都能坚守岗位，准确地给出力的信息。
咱再打个比方，应变式测力传感器就像是一个力的记录员。
它把力的点点滴滴都详细地记录下来，让我们对力的世界有更清楚的了解。
是不是很神奇呢？总之啊，应变式测力传感器真的是个了不起的东西。
它虽然小小的，但是却有着大大的能量。
它让我们对力的测量变得更加简单、准确和可靠。
所以啊，我们可不能小瞧了它，要好好地利用它，让它为我们的生活和工作带来更多的便利和进步！这就是应变式测力传感器的工作原理啦，你明白了吗？。
基于LabVIEW的应变式力传感器动态特性及动态测量平台的研究的开题报告
基于LabVIEW的应变式力传感器动态特性及动态测量平台的研究的开题报告一、问题背景及意义力传感器是一种将外界物理量转化成电信号输出的装置，在工业生产、科学研究等领域有着广泛的应用。
应变式力传感器以其高灵敏度、高精度、适应性强等特点被广泛应用于工业生产和科学研究中。
然而，由于应变式力传感器的动态响应特性与实际情况相关，需要对力传感器的动态特性进行研究和测试，以保证其在实际应用中的准确性和可靠性。
目前，针对应变式力传感器的动态特性研究和测试已经取得了一定的成果，但在实际应用中仍存在一些问题。
例如，传感器的动态响应特性对温度、湿度等环境因素敏感，会影响传感器的准确度和稳定性；在实际应用中，传感器接受的信号往往受到噪声等干扰，需要对信号进行滤波处理，以得到准确的测量结果。
因此，需要进一步研究和探索应变式力传感器的动态特性，设计并构建一个可靠、高效的动态测量平台，解决实际应用中存在的问题，提高测试精度和稳定性，为工业生产和科学研究提供可靠的技术支持。
二、研究内容和目标本研究的主要内容和目标为：1. 分析应变式力传感器的动态响应特性，提出相应的测试方法并设计动态测量平台。
2. 借助LabVIEW软件，对传感器测量结果进行实时采集、处理和分析，实现传感器动态特性的实时检测和可视化显示。
3. 通过实验验证动态测量平台的可靠性和精度，并对测试结果进行分析和验证，为应变式力传感器的应用提供支持。
三、研究方法和技术路线本研究采用的研究方法和技术路线如下：1. 分析应变式力传感器的工作原理和动态特性，并根据分析结果设计动态测量平台。
2. 借助LabVIEW软件，实现传感器信号的实时采集、处理和分析，并对采集数据进行滤波、降噪等处理。
3. 基于实验验证对动态测量平台的可靠性和精度，并对测试结果进行数据分析和验证。
4. 结合实验验证结果，对动态测量平台进行优化和改进，提高测试精度和稳定性。
四、研究预期结果1. 设计并构建一个可靠、高效的应变式力传感器动态测量平台，实现对传感器动态特性的实时检测和可视化显示。
动态应变测量原理及应用
动态应变测量原理及应用动态应变测量原理及应用动态应变测量是指在动态载荷作用下，测量物体内部应变变化的过程。
它广泛应用于精密机械、飞行器、车辆等领域，可以帮助工程师了解物体受力的情况，从而优化设计和提高安全性能。
本文将介绍动态应变测量的原理和应用。
一、动态应变测量原理动态应变测量原理可以归纳为以下三个方面：1. 应变传感器：应变传感器是一种能够检测物体变形的传感器。
在动态应变测量中，常使用的应变传感器有电阻片、应变片和光栅法应变仪等。
电阻片是一种基于电阻变化与应变成正比的传感器，常用于小应变范围内的测量；应变片是一种基于金属电阻材料的传感器，常用于高精度和高灵敏度的测量；光栅法应变仪是一种通过光学原理测量位移的传感器，可用于测量高频率和大变形的物体。
2. 信号处理：在应变传感器输出信号的基础上，需要进行信号放大、滤波、采样和数据处理等步骤。
信号放大可以将传感器输出的微小信号放大到可读范围内；滤波可以排除传感器输出的噪声干扰信号；采样可以对信号进行数字化处理；数据处理可以将采样的数据进行处理分析，提取有用信息。
3. 数据分析：对于动态应变测量数据，需要进行数据分析以提取有用信息。
分析方法包括频率分析、波形分析、时域分析和谱分析等。
频率分析可以将测量数据分解成不同频率的成分，进一步分析物体受力情况；波形分析可以分析物体受力的变化趋势；时域分析可以分析物体内部结构的应变分布情况；谱分析可以对原始信号进行分解和重构，提取有用信息。
二、动态应变测量应用动态应变测量广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等领域。
以下是动态应变测量的一些常见应用：1. 飞行器：动态应变测量可帮助工程师了解飞行器在高速飞行和大振幅飞行时的应变情况，从而分析飞行器受力情况，优化设计和提高安全性能。
2. 汽车：动态应变测量可用于汽车零部件的疲劳寿命测试，通过测量汽车零部件在路面不平和高速行驶等条件下的应变变化，研究其疲劳成因，寻找防止和延长疲劳寿命的方法。
第05讲-应变式压力传感器
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几种通用旳非法定旳压力计量单位传感器与检测技术教程
1 工程大气压（单位符号为：at）（kgf/cm2） 1kg旳力垂直作用在 1cm2面积上所形成旳压力。
2 原则大气压（单位符号为： atm） 最初要求在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平
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（2） 横向效应
传感器与检测技术教程
金属应变片因为敏感栅旳两端为半圆弧形旳横栅，测量
应变时，构件旳轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，其横向应 变εr也将使敏感栅半圆弧部分旳电阻发生变化(除了ε起作用外 )，应变片旳这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引 起电阻变化旳现象称为横向效应。
b
r
0 r
任军械工程师，工作很杰出．后 来，投身政界，1646年当选为马 德堡市市长．不论在军旅中，还 是在市府内，都没停止科学探索
．
2
马德堡半球试验
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§3.1 压力旳概念及单位
传感器与检测技术教程
垂直作用在物体单位面积上旳力叫作“压
力”，其体现式为：
p F S
式中：p为压力；F为作用力；S为作用面积。 国际单位制（SI）中定义压力旳单位是： 1N 旳力垂直作用在 1m2面积上所形成旳
对金属或合金，一般 K=1.7～3.6。
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半导体材料旳压阻效应
传感器与检测技术教程
而半导体材料旳 (d/)/ 项旳值比1+2大
得多。
d E
式中：π—半导体材料旳压阻系数；σ—半导体 材料旳所受应变力； E—半导体材料旳弹性模 量；ε—半导体材料旳应变。
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二、电阻丝应变片旳构造
应变式力传感器动态测量系统的研究_张伟
SHIP ENGINEERING 船 舶 工 程V ol.34 Supplement 1 2012 总第34卷，2012年增刊1— 67 —应变式力传感器动态测量系统的研究张 伟，张 跃，张智敏，胡 刚，孟 峰（中国计量科学研究院，北京 100013）摘 要：研制了应变式力传感器动态测量系统，通过测试该系统的固有频率和冲击响应，对系统的动态特性进行研究。
该系统溯源到静态力标准。
实验表明：当测量系统固有频率相对被测信号的频率足够高时，通过静态溯源的力传感器系统可以用于测量动态力。
关键词：应变式力传感器；动态测量系统；动态特性；动态力；冲击力中图分类号：TP212.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z1-0067-03应变式力传感器（以下简称力传感器）是在测力领域广泛应用的一种传感器。
目前，对力传感器静态特性的研究已经比较全面和成熟，但对其动态特性的研究还较少。
随着科学技术、国民经济和生产建设的发展，要求进行动态测量的领域与日俱增。
力传感器能否满足动态测量的需要成为人们越来越关注的问题。
因此，需要开展对力传感器动态特性的研究，研发动态力测量系统。
动态特性指标可分为时域和频域指标。
时域指标包括上升时间、峰值时间和超调量等；频域指标包括工作频带和固有频率等。
无论从时域指标还是从频域指标，都可以考察测试系统的动态特性。
本文研制了力传感器动态测量系统，通过测试系统的固有频率以及比较系统冲击响应的时域输入输出波形，考察系统的动态性能。
利用该系统测量中国计量科学研究院激光绝对法冲击力标准装置产生的标准冲击力。
该标准装置最大冲击力为200kN 。
冲击力直接溯源到基本量：质量和时间。
1 系统的组成及动态特性 1.1 系统的组成本文设计的力传感器动态测量系统由力传感器、数据采集系统和相应的软件平台构成，系统结构见图1。
力传感器测量系统的动态特性主要取决于传感器的动态特性。
目前对力传感器动态特性研究的方法主要有冲击激励法[1-3]和谐波激励法[4]等。
应变式测力传感器设计
1前言1.1研究课题背景及意义应变式测力传感器早已在众多测控领域中得到了广泛的应用，尤其在测量重量方面，其技术已非常成熟。
所以，国内外众多科技人员努力争取更大的突破。
得到更优良的弹性体结构，非常合适的弹性体材料，合乎测量要求的应变片，完善的测量电路及补偿电路是需要努力的。
当然，非常好的外观质量也是一大竞争力。
现已有的应变式测力传感器大致有这么几种：桥式、剪切梁式、单点式、柱式、轮辐式、板式、平行梁式、S型。
它们主要用于称重领域。
国外企业在以下几个方面进行了许多研究和实验工作，如结构设计、制造工艺、电路补偿及调整、稳定性方面。
并取得了一定的进展。
这些进展主要包括在设计和计算过程中引入了先进的分析方法，如用计算机拟实技术进行动态仿真和动力学分析及工艺设计过程里运用虚拟技术，对生产工艺进行仿真检验。
在弹性体加工方面，使用先进制造技术，将刚性制造转为柔性制造，加工中心、柔性制造系统和柔性制造单元得到普遍采用。
在生产过程中尽量采用半自动和自动控制、自动检验程序和计算机网络技术。
改进了工艺装备也是主要成就之一。
最终提高了应变式测力传感器的稳定性和可靠性。
转子在高速运转过程中，由于种种原因，诸如转子的偏心问题，会产生不容忽视的径向力，使转轴的径向误差加大。
在自动控制系统中，便需要得到径向力这个信号，然后对执行机构才能进行控制。
要得到理想的控制刚度，不仅需要控制系统的稳定可行，测试系统的重要性同样不可忽视。
所以，传感器性能的好坏和选取的是否恰当是个非常关键的问题。
在现有的径向力测量中，人们并不是直接去测径向力的值，而是将其转化为其它量，比如位移量。
然后使用位移传感器进行测量，控制径向位移量便使得径向力引起的问题得到解决。
在高速运转的系统中，如磁悬浮系统，人们便广泛采用这样一些位移传感器：电容式传感器、电涡流式传感器、电感式传感器。
并都取得了不错的测量控制效果。
但是，还不能忽视他们的缺点。
电容式传感器，其电容小，容易受到外界诸多因素的影响，在高速旋转的转子系统中其可靠性大大降低。
动态应变测量实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解动态应变测量的基本原理和方法。
2. 掌握使用动态应变测量仪进行实验操作。
3. 分析动态应变测量结果，评估结构在动态载荷作用下的响应。
二、实验原理动态应变测量是研究结构在动态载荷作用下变形和应力分布的一种方法。
实验中，利用动态应变测量仪对结构进行实时监测，通过分析应变信号，可以得到结构在动态载荷作用下的应力分布、变形规律等信息。
实验原理主要包括以下两个方面：1. 惠斯登电桥原理：动态应变测量仪采用惠斯登电桥原理，将应变片粘贴在被测结构表面，通过应变片的变化来反映结构的应变。
当结构受到动态载荷作用时，应变片产生的应变信号通过电桥转换为电压信号，再由动态应变测量仪进行采集和分析。
2. 数字信号处理技术：动态应变测量仪将采集到的电压信号进行模数转换，得到数字信号，然后通过数字信号处理技术进行滤波、放大、积分等处理，最终得到结构在动态载荷作用下的应变信号。
三、实验仪器1. 动态应变测量仪：用于采集应变信号，分析结构动态应变。
2. 应变片：用于将被测结构的应变转换为电压信号。
3. 桥盒：用于连接应变片和动态应变测量仪。
4. 试验装置：用于施加动态载荷，模拟实际工程中的载荷环境。
四、实验内容1. 选择合适的应变片和桥盒，确保其与被测结构的材料性能相匹配。
2. 将应变片粘贴在被测结构表面，确保粘贴牢固，避免因粘贴不牢固导致实验误差。
3. 将应变片与桥盒连接，确保连接良好，避免接触不良导致信号失真。
4. 连接动态应变测量仪，进行实验前的参数设置，如采样频率、滤波器等。
5. 对试验装置进行调试，确保试验过程中动态载荷的施加稳定可靠。
6. 进行动态载荷试验，记录应变信号。
7. 对采集到的应变信号进行数字信号处理，分析结构在动态载荷作用下的应变分布和变形规律。
五、实验结果与分析1. 实验数据采集在动态载荷作用下，应变信号如图1所示。
从图中可以看出，应变信号在载荷施加过程中呈现出周期性变化，说明结构在动态载荷作用下的变形和应力分布具有周期性。
应变式压力传感器
应变式压力传感器
应变式压力传感器是一种常用于工程和科学领域的传感器，其原理是利用材料
在受力作用下发生形变的特性来检测压力。
这种传感器对于测量各种物体的压力具有广泛的应用，比如在汽车制造中用于监测轮胎压力、在医疗设备中用于监测生理信号等。
工作原理
应变式压力传感器通常由弹性材料制成，当物体受到压力作用时，传感器的形
状会发生微小的变化，其电阻值也会随之改变。
这种电阻值的变化可以通过电路进行测量和记录，从而得到受力物体的压力值。
应用领域
应变式压力传感器在工业控制、医疗设备、航空航天等领域都有广泛的应用。
在工业控制中，它可以用于检测流体管道的压力，帮助进行流体控制和监测。
在医疗设备中，应变式压力传感器可用于测量心跳、血压等生理信号，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
在航空航天领域，这种传感器可用于飞行器和宇航设备的压力监测，确保设备安全运行。
优点与局限
应变式压力传感器具有结构简单、成本低廉、灵敏度高的优点，但也存在一些
局限性。
例如，受限于弹性材料的特性，这种传感器的工作范围和耐久性可能受到一定的限制，需要根据具体的应用场景选择合适的传感器类型。
综上所述，应变式压力传感器作为一种常用的传感器类型，在工程和科学领域
具有重要的应用意义，其基本原理、应用领域和优缺点都值得我们深入了解和研究。
通过不断提升传感器技术水平，可以进一步拓展其在各个领域的应用，为现代科技发展提供更多可能性。
《力传感器》课件
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详细描述
力传感器是一种能够检测和测量力的装置，它通常由敏感元件和转换电路组成。敏感元件能够将力信号转换为电 信号或数字信号，而转换电路则负责将电信号进一步处理成可用的输出信号。力传感器的种类繁多，根据不同的 应用需求，可以选择不同类型的力传感器。
力传感器的分类
要点一
总结词
根据不同的分类标准，可以将力传感器分为不同的类型。 按测量方式可分为应变式、压阻式、电容式、压电式等； 按输出信号可分为模拟输出和数字输出两种类型。
详细描述
线性范围越宽，表示传感器能够测量的力值范围越大。在实际应用中，为了确 保测量的准确性和可靠性，应选择线性范围与所需测量力值相匹配的传感器。
稳定性
总结词
稳定性是指力传感器在长时间工作或 多次使用后，其性能参数保持不变的 能力。
详细描述
稳定性好的力传感器能够长期保持其 性能参数，确保测量的一致性和准确 性。而稳定性差的传感器则可能出现 性能衰减或漂移，导致测量误差。
压电式力传感器原理
总结词
基于压电效应的力传感器
优点
灵敏度高、响应速度快、结构简单。
详细描述
压电式力传感器利用压电材料的压电效应 原理，当受力时，压电材料产生电荷，通 过测量电荷量可以推算出受力的大小。
应用领域
广泛应用于冲击、振动、压力等测量领域 。
电容式力传感器原理
01 总结词
基于电容原理的力传感器
02
详细描述
电容式力传感器利用电容原理 ，通过测量电容量变化来推算 受力的大小。电容式力传感器 通常由两个平行板组成，当受 力时，平行板间距离发生变化 ，导致电容量的变化。
03
优点
04
新型应变传感器的研发及应用
新型应变传感器的研发及应用随着科技的发展，传感器已成为现代智能化工业领域的基础。
应变传感器是其中之一，在物理、工程、生物医学等领域应用广泛。
传统的应变传感器存在一些缺陷，例如易受温度、湿度影响、易受损坏、不能测量大变形等问题。
针对这些问题，新型应变传感器应运而生。
一、新型应变传感器的研发新型应变传感器借助先进的材料和技术，增强传感器的灵敏度和稳定性，避免传统应变传感器的缺陷。
下面引入几种新型应变传感器的研发。
1. 拉力-压力复合型传感器传统应变传感器仅仅能够测量拉力或压力，而拉力-压力复合型传感器可以同时可以测量拉力和压力。
拉力-压力复合型传感器由多个单元传感器组成，单元传感器处于不同的位置，能够测量位置不同的力。
2. 可弯曲电子皮肤电子皮肤的出现使得人们对传感器的使用更加灵活，可以在人体和其他动物的表面上使用，应用性也更广泛。
现在，可弯曲电子皮肤也被研发出来，既可以测量表皮的应变又可以适应皮肤的弯曲。
3. 纳米管传感器纳米管传感器是一种非常灵敏的应变传感器，可以满足测量微小应变的需求，具有高精度和高灵敏度。
纳米管传感器的灵敏度可以增强到足以测量生物分子级别的变化。
二、新型应变传感器的应用新型应变传感器的出现，为物理、工程、生物医学等领域提供了更多的选择，并扩大了应变传感器的应用范围。
1. 建筑结构及设备监测结构健康监测是建筑行业一个重要的话题。
现在，新型应变传感器在建筑结构和设备监测方面得到广泛应用。
在震动检测、温度监测和应变监测等方面都起到了重要的作用。
2. 航空领域航空界对传感器的应用要求非常高，可以在短时间内对很多参数进行非常精确的测量。
新型应变传感器是航空领域必不可少的一部分。
因为在实际飞行中，航空领域涉及到一些极端的机械性能，新型应变传感器可以测量这些机械性能。
3. 生物医学领域应变传感器在生物医学领域中的应用尤为广泛。
通过将传感器与生理学、生物学等领域相结合，可以有效地监测人类和动物的生理变化，以及疾病发展的进程，有助于临床研究和治疗。
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SHIP ENGINEERING 船 舶 工 程V ol.34 Supplement 1 2012 总第34卷，2012年增刊1— 67 —应变式力传感器动态测量系统的研究张 伟，张 跃，张智敏，胡 刚，孟 峰（中国计量科学研究院，北京 100013）摘 要：研制了应变式力传感器动态测量系统，通过测试该系统的固有频率和冲击响应，对系统的动态特性进行研究。
该系统溯源到静态力标准。
实验表明：当测量系统固有频率相对被测信号的频率足够高时，通过静态溯源的力传感器系统可以用于测量动态力。
关键词：应变式力传感器；动态测量系统；动态特性；动态力；冲击力中图分类号：TP212.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z1-0067-03应变式力传感器（以下简称力传感器）是在测力领域广泛应用的一种传感器。
目前，对力传感器静态特性的研究已经比较全面和成熟，但对其动态特性的研究还较少。
随着科学技术、国民经济和生产建设的发展，要求进行动态测量的领域与日俱增。
力传感器能否满足动态测量的需要成为人们越来越关注的问题。
因此，需要开展对力传感器动态特性的研究，研发动态力测量系统。
动态特性指标可分为时域和频域指标。
时域指标包括上升时间、峰值时间和超调量等；频域指标包括工作频带和固有频率等。
无论从时域指标还是从频域指标，都可以考察测试系统的动态特性。
本文研制了力传感器动态测量系统，通过测试系统的固有频率以及比较系统冲击响应的时域输入输出波形，考察系统的动态性能。
利用该系统测量中国计量科学研究院激光绝对法冲击力标准装置产生的标准冲击力。
该标准装置最大冲击力为200kN 。
冲击力直接溯源到基本量：质量和时间。
1 系统的组成及动态特性 1.1 系统的组成本文设计的力传感器动态测量系统由力传感器、数据采集系统和相应的软件平台构成，系统结构见图1。
力传感器测量系统的动态特性主要取决于传感器的动态特性。
目前对力传感器动态特性研究的方法主要有冲击激励法[1-3]和谐波激励法[4]等。
通过对三种不同结构力传感器的动态特性进行测试和研究，包括实心圆柱式、圆筒式和S 形力传感器，结果表明：动态特性最好的是实心圆柱式力传感器，其次是圆筒式力传感器，最后是S 形力传感器[5]。
本文选择德国HBM 公司的C2-2OkN 实心圆柱式力传感器搭建动态测量系统，如图2所示，主要技术指标见表1。
数据采集选用美国国家仪器公司NI PXI-4220数据采集系统，最大采样率为200kS/s 。
图1 力传感器动态测量系统结构图图2 力传感器表1 力传感器主要技术指标型号 C2-2OkN 准确度等级 0.1级满量程灵敏度 2 mV/V 直线度 <0.1% 固有频率 13 kHz2.2 系统的动态特性测试本文通过测试力传感器测量系统的固有频率并比较系统冲击响应的时域输入输出波形，考察系统作者简介：张伟（1981-），男，助理研究员。
主要从事测力方面的研究与工作。
力传感器动态测量系统 应变式力传感器数据采集系统 数据分析处理 与显示 信号预处理模块信号显示与 分析模块信号频谱 分析 模块 线性 插值 模块 信号存储读取 模块— 68 —的动态性能。
固有频率测试按照以下步骤进行：1）将力传感器悬挂起来；2）用小锤敲击传感器，使之产生自由振荡；3）记录下敲击瞬间和振荡过程波形；4）通过振荡时间和振荡周期数计算振荡频率，同时参考频谱分析的结果，得到系统的固有频率。
C2-2OkN 力传感器测量系统时域自振波形及其频谱分析结果见图3，由此可知：该力传感器测量系统的固有频率大于10kHz 。
图3 C2-20kN 固有频率测试冲击力标准装置产生的标准冲击力频谱分析见图4，由图可知：标准冲击力的主要频率分量集中在2 kHz 以内。
力传感器测量系统冲击响应的时域输入输出归一化波形见图5，红色曲线为输入波形，白色曲线为输出波形，输入输出波形基本一致，因此，该系统适用于测量冲击力标准装置产生的冲击力。
图4 标准冲击力频谱分析图5 C2-20kN 冲击响应输入输出归一化波形3 冲击力实验及结果冲击力实验见图6。
力传感器固定在冲击力标准装置的底座上，覆盖一层毡垫。
冲击力标准装置的落锤设置在不同的高度以产生不同峰值的冲击力。
实验结果如表2所示，该力传感器测量系统示值误差小于2%。
图6 冲击力实验 表2冲击力实验结果标准力值/N示值/N示值误差/(%)8868 8917 0.6 8736 8842 1.3 9848 9873 0.3 10009 10093 0.9 10428 10610 1.8 10688 10824 1.3 10736 10836 1.0 12262 12474 1.8 12452 12575 1.0 13821 13967 1.1 13883 14036 1.2 14551 14815 1.9 15023 152871.8(a) 力传感器时域自振波形 (b) 自振波形频谱分析4 结论本文基于应变式力传感器研制了力传感器动态测量系统，力传感器的固有频率为13kHz，溯源到静态力标准。
通过测试该系统的固有频率和冲击响应，对系统的动态特性进行了研究。
测量上升时间约1ms，主要频率分量在2kHz以内的冲击力时，该系统的示值误差小于2%。
因此，当力传感器固有频率相对于被测信号的主要频率分量足够高时（本文高于5倍），溯源至静态力标准的力传感器可用于动态力测量。
参考文献：[1] Yusaku Fujii. Measurement of impulse response offorce transducers[J]. Review of Scientific Instruments, 2007, 72(7): 3108-3111. [2] Yusaku Fujii. Measurement of the electrical andmechanical responses of a force transducer against impact forces[J]. Review of Scientific Instruments, 2006, 77: 85-108.[3] Michael Kobusch, Thomas Bruns, Lioba Stenner, et al.Impulse Force Investigations of Strain Gauge Sensors[C]// IMEKO TC3, 2005.[4] Yon-Kyu Park, Rolf Kumme, Dae-Im Kang. DynamicEvaluation of Column Type Multi-component Force Transducers[C]// XVIII IMEKO WORLD CONGRESS, Rio de Janeiro, Brazil, 2006.[5] 张伟, 张跃, 张智敏. 基于LabVIEW的应变式力传感器动态特性及动态测量平台的研究[D]. 杭州: 中国计量科学研究院, 2010.（上接第56页）取其均匀分布，包含因子k=1()0.07u r===(mm)（5）合成标准不确定度()u r()0.071(mm)u r==()0.071()100%0.059%121.5relu ru rr==×=3）合成标准不确定度000()()/relu U u U U===()0.18%relu U==2.4.3 合成标准不确定度()creluγ===()0.67%creluγ==2.5 扩展不确定度()20.67% 1.34% 1.4%cU kuγ==×=≈3 结束语经过两年多的研究，制造了用于检测立式动平衡机的标准器具，研究了检测方法，其研究成果满足动平衡机量值溯源的需求，填补了国防军工计量在该领域的空白。
在此感谢国防科技工业3213二级计量站和上海申克公司等机构给予的技术支持与帮助。
参考文献：[1] 叶能安, 余汝生. 动平衡原理与动平衡机[D]. 华中工学院, 1985.[2] ISO2953:1999. Mechanical vibration Balancingmachines Description and evalution[S]. 1999.[3] ISO1940/1. Mechanical vibration-Balance qualityrequirements of rigid rotors-Part1: Determination ofpermissible residual unbalance[S]. 1986.[4] GB/T 4201-2006. 平衡机的描述检验与评定[S].2006.[5] GB/T 9239.1-2006. 机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求第1部分：规范与平衡允差的检验[S]. 2006.— 69 —。