FSS1500NST觸力傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究

劉曉敏　趙云偉　彭賀

摘 要：針對(duì)FSS1500NST觸力傳感器在應(yīng)用中存在偏差問題，文章在自制的傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置上，利用壓力計(jì)，采用重物施壓的方式進(jìn)行了傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。獲得了傳感器輸出電壓值與負(fù)載質(zhì)量的關(guān)系，并進(jìn)行了線性擬合，建立了傳感器輸出壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，為該傳感器在氣動(dòng)柔性機(jī)械手中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：觸力傳感器；標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；壓力計(jì)

前言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器日趨小型化，應(yīng)用也越加廣泛。近年來很多學(xué)者都對(duì)傳感器的標(biāo)定方法進(jìn)行了研究，北京航空航天大學(xué)提出了一種基于雙重交比不變的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的標(biāo)定方法，解決了傳感器三維標(biāo)定點(diǎn)不易獲取的問題，提高了傳感器的標(biāo)定精度[1]。石炳存等人采用萬用表和虛擬儀器在線的方法對(duì)稱重傳感器進(jìn)行了標(biāo)定，驗(yàn)證使用環(huán)境對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響[2]。四川大學(xué)結(jié)合軟件開發(fā)及應(yīng)用實(shí)際，提出一套基于PC機(jī)的通用傳感器標(biāo)定軟件構(gòu)架，針對(duì)不同類型、不同特性、不同用途的傳感器，軟件可以給出針對(duì)該傳感器對(duì)應(yīng)的最佳擬合算法，從而獲得最佳測量精度[3]，天津大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了一種線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)一體化現(xiàn)場標(biāo)定的新方法，建立了線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了一種傳感器標(biāo)定裝置[4]。王金橋等人提出了一種線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)一體化現(xiàn)場標(biāo)定的新方法，建立了線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器的數(shù)學(xué)模型[5]。

FSS小型力傳感器具有精密可靠、價(jià)格低廉、功率小和無放大等特點(diǎn)，可應(yīng)用于醫(yī)療注射泵、絲焊設(shè)備和機(jī)械手末端觸覺等方面。由于使用條件、方式和環(huán)境的不同，依據(jù)傳感器靈敏度值作為輸出壓力公式進(jìn)行應(yīng)用存在偏差，為此進(jìn)行了傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，以便獲得準(zhǔn)確的傳感器輸出壓力方程。

1 傳感器的工作原理

FSS1500NST觸力傳感器實(shí)物圖，如圖1所示。外部為不銹鋼鋼球，內(nèi)部包含硅敏感芯片。當(dāng)鋼球受壓與內(nèi)部硅敏感芯片接觸，導(dǎo)致硅壓阻元件受壓彎曲時(shí)阻值發(fā)生變化，橋路各電阻的變化產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓輸出信號(hào)（圖2）。

2 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與分析

圖3為自制的傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置主要由測力計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡、電壓放大器、直流源、計(jì)算機(jī)和施力裝置組成。其標(biāo)定實(shí)驗(yàn)原理圖，如圖4所示。利用施力裝置將重物載荷施加給傳感器，通過測力計(jì)進(jìn)行重物載荷值校驗(yàn)。傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)由放大器放大后，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后上傳到計(jì)算機(jī)。通過測量引腳2和引腳4的壓差，可以確定重物施加的壓力（圖2）。

施加180g載荷時(shí)，通過數(shù)據(jù)采集卡采集的傳感器輸出電壓信號(hào)的采樣值，如圖5所示。

由傳感器給出的靈敏度值，可計(jì)算出傳感器設(shè)計(jì)的壓力輸出曲線（圖6）。根據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)目取平均值，可得傳感器輸出電壓值隨負(fù)載質(zhì)量的變化，如圖6所示。由圖中可知，傳感器輸出的電壓值隨負(fù)載質(zhì)量增加而增大，并呈線性變化。由靈敏度值得到的傳感器壓力設(shè)計(jì)曲線，與實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)存在偏差。經(jīng)過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)擬合的輸出力公式可以較好的描述傳感器在不同載荷下的特性。

3 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)了一種觸力傳感器的標(biāo)定方法，搭建了傳感器標(biāo)定裝置，進(jìn)行了傳感器在不同載荷下的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲得了輸出電壓與載荷的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器輸出電壓值線性較好，擬合的壓力公式可以準(zhǔn)確的描述傳感器在不同載荷下的特性。

參考文獻(xiàn)

[1]魏振忠，張廣軍，徐園.一種線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器標(biāo)定方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，41（2）：210-214.

[2]石炳存，王源水.標(biāo)定方法對(duì)稱重傳感器標(biāo)定的影響[J].寧夏工程技術(shù)，2005，4（3）：251-252.

[3]何剛，李晉川，黃學(xué)進(jìn)，等.通用傳感器標(biāo)定軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（3）：37-39.

[4]段宇，劉常杰，勞達(dá)寶，等.基于視覺檢測站線結(jié)構(gòu)光傳感器的標(biāo)定方法[J].傳感器與微系統(tǒng)，2010，29（4）：126-128.

[5]王金橋，段發(fā)階，伯恩，等.線結(jié)構(gòu)光掃描傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)一體化標(biāo)定[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（9）：251-252.