一种结构解耦的新型应变式三维力传感器研究.pdf

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1、第27卷第2期传感技术学报Vo1．27No．22014年2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．2014StudyonaNewTypeofAdoptedStructureforThreeDimensionsStrainGaugeForceSensorZHANGHaixia，CUIJianwei，CHENDanfeng，CHENYangyang(SchoolofInstrumentScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nang210096，China)Abstract：Thecouplingerrorof

2、directionshasbeentheimportantfactorofrestrictingtheimprovingoftheaccuracyofmulti·dimensionalforcesensor．Decouplingstructurehasbeenalsoagoalofmulti—axisforcesensor．Thispaperpresentsanewtypeofthree—dimensionalforcesensor．Itcanbeusedformeasuringthree—dimensionalforcesF，FzandM，sensitiveprincipleisstru

3、cturedecoupling，thereforeexpectedtohavehigheraccuracy．First，thispaperdiscussesthethree—dimensionalforcesensorstructureandthesensitiveprinciple．Secondly，thefiniteelementmethodforthree—dimensionalstraingaugeforcesensorstructureisadoptedinstaticanalysis．Usingthepathmappingtechnologyprovidedbytheproce

4、ssor，thestraingageplacementareaisaccuratelyobtained．Thesimulationresultsshowthat，comparedwiththecrossbeamstructureoftraditionalmulti-dimensionalforcesensor，thecouplingerrorofdirectionshasimprovedsignificantly，dimensionalinterferencedecreasesfromthetraditionalstructureof3．56％to0．4％．Keywords：three—d

5、imensionalforcesensor；adoptedstructure；finiteelementmethod；mappingresultsontoapathEEACC：72307320Gdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2014．02．003一种结构解耦的新型应变式三维力传感器研究张海霞，崔建伟，陈丹凤，陈杨洋(东南大学仪器科学与工程学院，南京210096)摘要：维问耦合一直是制约多维力传感器精度提高的重要因素，结构解耦也一直是多维力传感器追求的目标。提}}J了一种新型j维力传感器，可用于F、F、3个维度广义力的测量，其敏感原理是结构解耦的，因此可具有更高的

6、精度。介绍了这种新型三维力传感器的结构并分析其敏感原理。采用有限单元法对应变式三维力传感器进行结构静力仿真，利用ANSYS后处理器提供的路径映射技术，精确地获得了应变片的贴片区域。仿真结果表明，该新型传感器与目前的应变式多维力传感器相比，维间耦合误差有明显改善，维问干扰由传统结构的3．56％降低至0．40％。关键词：三维力传感器；结构解耦；有限单元法；路径映射中图分类号：TP2l2．12文献标识码：A文章编号：1004—1699(2014)02—0162—06传感器在现代科学技术中的重要性已经越来越广应用。在多维力传感器的实际应用中，很多场合被认可。无论是在工业与国防领域，还是在生物工要求

7、维问耦合误差小、测量精度高、结构简单的测力程、医疗卫生、环境保护等领域，处处都离不开传感器传感器j，如航天员在模拟太空环境中进行舱外攀的应用⋯。多维力传感器是实现机器人类化和智能爬活动训练时，用于测量航天员左右手臂的测力装化最为重要的一种传感器，它是工程力学检测和机器置_l。为此，本文对传统应变式三维力传感器结构人运动控制的基础，其应用范围也越来越广泛J。进行优化，提出了一种新型三维力传感器结构。该多维力传感器在结构形式