基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计

基于对六维力传感器系统中影响灵敏度性能的因素的分析,在传感器静态数学模型中应用并联机器人机构学理论,对Stewart型六维力传感器的灵敏度指标进行分析并推导出解析解.引入力(力矩)灵敏度影响因子的概念,研究了力(力矩)灵敏度影响因子影响灵敏度指标的规律;基于空间模型理论采用无量纲参数绘制了该型传感器的力(力矩)灵敏度指标二维性能图谱,提供了一种并联结构六维力传感器结构参数优化设计方法.     

新型机器人六维力传感器的测量电路

针对机器人腕部及手指所受空间六维力／力矩的测量，介绍了一种新型基于Stewart并联结构的六维力传感器，主要研究该传感器的测量电路，并对电桥电压灵敏度及温度补偿方法作了详细研究。     

超薄六维力/力矩传感器优化设计及其解耦

为降低六维力/力矩传感器的高度尺寸对基座和驱动部件引起的附加力矩,结合有限元分析法、SDO方法和神经网络方法,设计了一种新型的基于应变检测原理的超薄六维力/力矩传感器,其高度尺寸可控制在15mm以内.为进一步提高设计的六维力/力矩传感器的精度,对其进行非线性维间解耦和标定,实验结果表明,传感器精度性能优良,最大线性度误差为0.15%F.S.,其设计和优化过程正确合理,最大耦合误差为1.6%F.S.,各维在满量程时的输出相等,具有各维同性.     

基于弹性体模态振型分析的六维力传感器滤波器设计方案

六维力传感器可以测量空间内各个方向力和力矩的信息量,在机器人反馈控制中具有极其重要的作用。由于机械结构和外部干扰的限制,传感器输出的电信号含有很多高频杂质信号。通过传感器模态振型分析和以传感器幅频特性的验证方法而确定低通滤波器的频带选取方案,并研究和设计出相应的低通滤波器,以滤除不需要的杂质信号和高频信号,可以使传感器输出更加精确、稳定。     

新型六维腕力传感器弹性敏感元件的灵敏度特性分析

提出了一种新颖的六维腕力传感器弹性敏感元件结构,定义并分析其灵敏度性能指标,为设计具有该结构腕力／力矩传感器提供了理论依据。分析计算结果表明,该弹性敏感元件是灵敏度各项同性的。     

基于光纤Fabry-Perot的电流传感器

利用光纤抗电磁干扰、绝缘性好, 体积小等特性,提出一种新型的光纤电流传感器. 该传感器将悬臂梁结构和光纤Fabry-Perot相结合,基于材料力学理论和电磁感应原理,利用Fabry-Perot干涉仪原理来实现对电流的测量. 在解调方式上采用了相位解调法,分析了该传感器的工作原理及光纤F-P的测量原理,建立了光纤F-P腔的数学模型,推导出电流检测理论公式,并进行了相关实验,证明该电流传感器具有绝缘性好、结构简单、灵敏度高等优点.     

组合式自解耦压电薄膜三维力传感器研制

针对传统三维力传感器存在的非线性误差、维间耦合误差过大等瓶颈问题，面向重载、高频、强冲击三维力的测量需求，基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜，结合并联分载原理，创新性的利用冲击力产生的倾覆力矩，设计了立柱菱形布局的压电薄膜三维力传感器结构，立柱菱形布局时具有抵消维间耦合能力，每个立柱近似只受单个倾覆力矩的影响，故可进行组合测量。探究了PVDF压电薄膜的最优布置，采用理论分析、有限元仿真分析和实验验证相结合的方法，对传感器设计方案的可行性进行了验证。研制了组合式自解耦压电薄膜三维力传感器样机，分别对其进行准静态标定实验和动态标定实验，实验结果表明，改进后传感器具有高灵敏度、高固有频率等特点，3个方向非线性误差均小于0.2%,维间耦合误差在1.2%以内，其结构设计具备抵消维间耦合的能力。该三维力传感器在高精密轴承钢球冷镦成型及瞬态强冲击等场景下有着重要的应用价值及潜力。     

多维加速度场下六维力传感器弹性体结构设计

针对多维加速度场中六维力传感器惯性耦合效应特性及实际测试的需要,设计了一种三梁均布式弹性体结构的六维力/力矩传感器,对弹性体在多维加速度场下的力学行为进行了探讨,运用有限元(FEM)仿真分析了弹性体结构参数对传感器动态输出及振型频率的影响,为多维加速度场下多维力传感器动态解耦和多目标的优化设计提供依据.     

煤炭截割三向力传感器的研究

展示一种可用于井下测量煤炭截割力的三向力传感器。传感器为电阻应变式,其弹性元件上对应于三向分力的剪切应力区域,是由薄壁筒上开双层错位槽孔,即每一层均匀开出四个槽孔,但上下层槽孔之间沿轴向相互错开45°形成。对模型结构进行有限元计算和分析,确定了纯剪应力区的位置和主应力值。实验结果表明,所研制的力传感器不但三个测力方向灵敏度高、有足够的刚度,而且分力间交叉干扰小;制造工艺性好。     

基于薄板和伯努利-欧拉梁理论的六维力传感器动态特性分析

摘耍：六维力传感器可以测量三维空间内3个方向上的力和力矩信息,在机器人感知和控制方面起着极其重要的作用．传感器的动态特性包括时域领域特性和频域领域特性．其中,固有频率和模态振型特征是传感器频率领域动态特性的重要参数．文章基于弹性力学中薄板和伯努利一欧拉梁理论建立传感器各模块动态数学模型,分析出各方向一阶固有频率和主振型,为传感器动态特性领域深入研究提供理论参考．关键词：六维力传感器;动态特性;薄板;伯努利一欧拉梁;固有频率中图分类号：TH39文献标识码：A     

利用一次正、二次逆压电效应设计可作动传感器研究

进行了一次正压电效应、二次逆压电效应的理论分析与实验验证.理论与实验均证明.压电体通过一次正压电效应产生的电位移,及通过二次逆压电效应产生的应变与应力均与施加外力具有良好的线性关系.由于一次正、二次逆压电效应是在同一压电体内存在的双向效应,其原理特别适合于传感器、执行器集成一体化的研究.因此,利用压电体的一次正压电效应可以测量外力,作为传感器使用;同时利用该压电体的二次逆压电效应可以输出一个微位移.作为执行器使用.提出了利用该原理设计"可作动传感器"的实现方案.并证明了其可行性.     

压电梁弯曲振动方程及等效体力的计算

目的 为研究石英音叉型角速率传感器提供设计参数。方法 根据压电理论和弹性力学理论,讨论石英晶体振梁不同方向（光轴ｚ和电轴ｘ）振动的弹性柔顺常数存在的差别,导出压电梁弯曲振动的微分方程,并利用的限差分方法对几种典型的电极图形进行数值计算。结果与结论 提出等效体力概念,给出了压电梁等效体力计算的一般公式,优选了振梁传感器的电极图形,确定了压电梁的宽度和高度的边比。     

鞋垫式足底压力测量系统中压电式力传感器的设计

介绍了鞋垫式足底压力分布测量系统中压电陶瓷力传感器的设计过程.根据系统的需要进行传感器的类型的选择与传感器在系统中的分布,并建立了传感器的力学模型来说明传感器的工作原理,对传感器的量程、线性特性、灵敏度等特性进行了详细的分析.通过实验验证了传感器的合理性及正确性.     

采用柔性铰链罗伯威尔结构的石英谐振式力传感器

介绍了一种采用柔性铰链构成的罗伯威尔结构和ＡＴ－切精密石英谐振器组成的石英谐振式力传感器。柔性铰链无间隙、无机械摩擦、充分体现材料的性能,传感器只由弹性体和谐振器两个部分组成,力的传递环节少,误差小可靠性高。通过调整柔性铰链的尺寸,可以得到不同量程的传感器。解决了整体式石英谐振式力传感器加工困难、成本高和组合式环节多、精度不高的缺点,为石英谐振式力传感器找到了一种较为合适的结构,使石英本身优良的性能得到发挥。研制了精度较高、成本较低、数字量输出的石英谐振式力传感器,并且给出了传感器的精度指标。     

集成三维力传感器的微夹持器设计与试验 

设计了一种集成三维力传感器微夹持器,通过压电陶瓷堆驱动和柔性铰链放大来实现夹持动作.微夹持器的弹性体为2个L型结构,对L型结构进行了优化设计和受力仿真分析,在2个L型结构的相应敏感部位分别粘贴3组应变片对空间三维力进行测量.通过试验验证了微夹持器的合理性和实用性.
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PVDF压电传感器温度特性研究

PVDF压电薄膜制作的压电传感器在使用过程中存在热释电效应,这将增大压力测量误差．针对该问题,采用电荷积分法设计了试验方案并对自制的PVDF压电传感器进行了热释电效应的试验研究,通过分析,得出了PVDF压电传感器的温度使用范围,并拟定了温度修正曲线．在PVDF压电传感器的使用过程中应用温度修正,可以提高PVDF压力传感器的测量精度．     

阻抗型压电二氧化碳传感器的研制和应用

基于串联式压电晶体对溶液电导率和介电常数的灵敏响应,研制了一种灵敏度高,响应快,稳定性好的阻抗型压电二氧化碳传感器,同时,探讨了利用阻抗型压电二氧化碳传感器组装酶传感器的可行性,实验结果表明这类二氧化碳传感器不需要参比电极,不便用易碎的玻璃ｐＨ电极,用于组装酶传感器具有结构简单,装配容易,易于微型化的优点。     

Characterization and sensor application of cellulose electro-active paper （EAPap）

As a novel piezoelectric material, the mechanical and piezoelectric properties of cellulose electro-active paper （EAPap） were studied. Young＇s modulus of piezoelectric EAPap was dependant on the material orientation as compared with other EAP materials. The highest Young＇s modulus was obtained at 0° direction, while the highest direct piezoelectric charge constant was achieved at 45°. By measuring the induced output voltage from the thin piezoelectric cellulose film under the applied impact force, we demonstrate that piezoelectric EAPap film has a potential for sensor applications.     

压电陶瓷自激式液体粘度传感器

论述了采用压电陶瓷自激振式液体粘度传感器的测量原理和结构特点，对仪器的测量数据进行了分析，仪器配有温度传感器，可同时测量实时温度，实验表明，这种仪器响应速度快，精度高，使用方便。     

双液隔电极式压电化学传感器的振荡频率特性研究

在双液隔电极式压电石英传感器ＤＬＥＰＱＳ的等效电路模型的基础上建立了双ＥＳＰＳ的振荡方程，导出了ＤＬＥＰＱＳ振荡频率与溶液参数之间的理论关系式，并经实验证实，还对ＤＬＥＰＱＳ与ＳＬＥＰＱＳ的响应性能进行了比较。研究结果表明，随溶液电导率的增加，ＤＬＥＰＱＳ的振荡频率先下降而后上升，且在低电导率溶液中振荡频率与电导率之间有近线性关系；随溶液介电常数、粘度、密度的增加，振荡频率下降。并将ＤＬＥＰＱＳ应用于表面活性剂在石英表面吸附量的现场测定。