CN106644259A - 悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法 - Google Patents

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CN106644259A CN201611219217.7A CN201611219217A CN106644259A CN 106644259 A CN106644259 A CN 106644259A CN 201611219217 A CN201611219217 A CN 201611219217A CN 106644259 A CN106644259 A CN 106644259A
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周学
李庆楠
翟国富
韩笑
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency

Abstract

本发明公开一种悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，包括：S1：将悬臂梁式传感器固定安装在底座上；S2：搭建传感器姿态检测电路板，并将所述电路板固定在所述底座上，使所述电路板的平面与所述悬臂梁式传感器的其中一个面相平行；其中所述传感器姿态检测电路包括微控制器、模数转换器和运动处理组件；S3：记录所述传感器输出的电信号；S4：令所述整体装置绕水平方向转动至其它多个位置状态，记录每个位置状态下所述传感器输出的电信号；S5：根据不同位置状态下传感器输出的不同的电信号，获取位置状态与传感器输出的电信号之间的关系式；S6：利用所述关系式对传感器输出的电信号进行补偿，从而得到悬臂梁式传感器输出信号的精确数值。

Description

悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法
技术领域
本发明涉及应变式力传感器误差补偿技术领域，特别是涉及一种悬臂梁式力传感器姿态影响的补偿方法。
背景技术
应变式力传感器是利用应变式变换原理实现的一类传感器，其通过粘贴应变片感受弹性体的变形来反映所测量力的大小。由于被测物理量(如载荷，位移，压力等)能够在弹性元件上产生弹性变形(应变)，而粘贴在弹性元件表面的电阻应变片可以将感受到的弹性变形转变成电阻值的变化，这样电阻应变式传感器就将被测物理量的变化转换成电信号的变化量，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号，通过测量此电信号达到测量非电信号的目的。悬臂梁式力传感器作为应变式力传感器的一种，因其结构简单、易加工和生产成本低在工业中得到广泛应用。
然而，在悬臂梁式力传感器姿态变化时，其重力会使自身产生不同的形变量，从而引起输出电信号的变化，造成测量误差。因此，将其应用在精度要求较高的手持式仪表领域时，需对其姿态产生的影响进行补偿。
发明内容
本发明的目的是提供一种补偿方法，以克服悬臂梁式力传感器姿态对测量产生的影响。
为达上述目的，本发明提出以下技术方案：
一种悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，包括以下步骤：
S1：将悬臂梁式传感器固定安装在底座上，所述悬臂梁式传感器与所述底座之间留有间隙；
S2：搭建传感器姿态检测电路板，并将所述电路板固定在所述底座上，使所述电路板的平面与所述悬臂梁式传感器的其中一个面相平行；其中所述传感器姿态检测电路包括微控制器、模数转换器和运动处理组件；
S3：记录所述传感器输出的电信号，此时所述悬臂梁式传感器、所述底座和所述电路板组成的整体装置处于第一位置状态；
S4：令所述整体装置绕水平方向转动至其它多个位置状态，记录每个位置状态下所述传感器输出的电信号；
S5：根据不同位置状态下传感器输出的不同的电信号，获取位置状态与传感器输出的电信号之间的关系式；
S6：利用所述关系式对传感器输出的电信号进行补偿，从而得到悬臂梁式传感器输出信号的精确数值。
根据本发明提出的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其中，所述运动处理组件为陀螺仪和加速度计中的一种或两种。
根据本发明提出的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其中，所述悬臂梁式传感器和所述电路板通过铆接、焊接、螺纹连接中的一种或几种方式与所述底板固定。
根据本发明提出的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其中，所述步骤S5中是通过最小二乘法进行线性拟合得到位置状态与传感器输出的电信号之间的关系式。
与现有技术相比，本发明操作过程简单，附加电路少，适应性强，补偿效果好。在悬臂梁式力传感器实际应用场合基本都需要微控制器和模数转换器的参与，本发明的补偿方法只需向现有硬件电路中添加运动处理芯片，配合微控制器程序即可实现补偿功能，使悬臂梁式力传感器能用于精度要求较高的手持式仪表领域。
附图说明
图1为本发明中悬臂梁式力传感器固定方式示意图；
图2为本发明中传感器姿态检测电路的原理框图；
图3为本发明中电路板固定方式示意图。
附图标记说明：1-悬臂梁式力传感器；2-应变片安装平面；4-底板；5-检测电路板；6-运动处理组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明提出的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法中，首先是将悬臂梁式力传感器1通过铆接、焊接、螺纹连接中的任一种方式固定到底座4上，且力传感器与底座4间存在一定间隙，使力传感器能正常产生形变。
其次着手搭建基于微控制器、模数转换器和运动处理组件的力传感器姿态检测电路板，其中该检测电路的原理框图如图2所示。模数转换器在微控制器的控制下直接对悬臂梁式力传感器输出的差分信号进行采集；微控制器从运动处理组件获取力传感器姿态数据；微控制器将姿态信息和经模数转换后的力信号发送至上位机。
继续参阅图3，为本发明中电路板固定方式示意图。电路板5也通过铆接，焊接或者螺纹连接等任意方式固定在底座4上，使其与悬臂梁式力传感器1相对位置固定。需要强调的是，所述电路板5的平面与所述悬臂梁式传感器的其中一个面相平行，从而保证运动处理组件6所在的平面xoy平行于悬臂梁式力传感器1的其中一个面。此时所述悬臂梁式传感器1、所述底座4和所述电路板5组成的整体装置处于第一位置状态。
然后令所述整体装置绕水平方向转动至其它多个位置状态，记录每个位置状态下所述传感器1输出的电信号。
根据不同位置状态下传感器输出的不同的电信号，通过最小二乘法对位置状态与传感器输出的电信号进行线性拟合，从而获得两者之间之间的关系式。
最后，利用得到的关系式对传感器1输出的电信号进行补偿，从而得到悬臂梁式传感器1输出信号的精确数值。
本发明中要求运动处理组件6所在的平面xoy平行于悬臂梁式力传感器1的其中一个面的原因在于：
图3中2为应变片安装平面，正常工作时，悬臂梁式力传感器1所测量力仅为非悬臂端沿z轴方向受力，对x,y轴方向受力不敏感，而运动处理组件6处理后的数据以x,y,z三个轴的信息描述力传感器姿态，采用运动处理组件所在的平面xoy平行于悬臂梁式力传感器1其中一个面的固定方式，能将悬臂梁式力传感器1输出与三轴姿态间的关系转化为悬臂梁式力传感器1输出与二轴姿态间的关系，故步骤四中的拟合问题转化为三维平面拟合问题。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将悬臂梁式传感器固定安装在底座上，所述悬臂梁式传感器与所述底座之间留有间隙；
S2：搭建传感器姿态检测电路板，并将所述电路板固定在所述底座上，使所述电路板的平面与所述悬臂梁式传感器的其中一个面相平行；其中所述传感器姿态检测电路包括微控制器、模数转换器和运动处理组件；
S3：记录所述传感器输出的电信号，此时所述悬臂梁式传感器、所述底座和所述电路板组成的整体装置处于第一位置状态；
S4：令所述整体装置绕水平方向转动至其它多个位置状态，记录每个位置状态下所述传感器输出的电信号；
S5：根据不同位置状态下传感器输出的不同的电信号，获取位置状态与传感器输出的电信号之间的关系式；
S6：利用所述关系式对传感器输出的电信号进行补偿，从而得到悬臂梁式传感器输出信号的精确数值。
2.根据权利要求1所述的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其特征在于，所述运动处理组件为陀螺仪和加速度计中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其特征在于，所述悬臂梁式传感器和所述电路板通过铆接、焊接、螺纹连接中的一种或几种方式与所述底板固定。
4.根据权利要求1所述的悬臂梁式传感器姿态影响的补偿方法，其特征在于，所述步骤S5中是通过最小二乘法进行线性拟合得到位置状态与传感器输出的电信号之间的关系式。
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