压电式多维力传感器研究

1

作者 张军 仲育颉 +3 位作者 任宗金 钱敏 王郁赫 张鹏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第3期29-32,56,共5页

针对传统压电测力仪有效测试区域有限、在不同测试位置输出结果不一致、扭矩值获取繁琐的等问题,基于传感器布置方式及石英晶片切型的特点,提出一种采用正八边形晶片的多维力传感器。在理论分析的基础上,通过计算仿真验证了正八边形晶... 针对传统压电测力仪有效测试区域有限、在不同测试位置输出结果不一致、扭矩值获取繁琐的等问题,基于传感器布置方式及石英晶片切型的特点,提出一种采用正八边形晶片的多维力传感器。在理论分析的基础上,通过计算仿真验证了正八边形晶片的设计合理性。对研制的多维力传感器进行了标定实验,标定结果显示:各传感器切向灵敏度高、各向线性及重复性好、向间干扰小,具有良好的测试性能。 展开更多

关键词 切削力测量 压电式测力仪 压电传感器 标定实验

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厚板搅拌摩擦焊多维动态压电测力仪研究

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作者 佟生 任宗金 +1 位作者 张军 王郁赫 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期35-37,41,共4页

针对18mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊过程焊接力变化范围大、速度快,导致难以准确测量的问题,设计了一种大量程四支点压电测力仪,主向100kN、侧向8 kN。经理论推导发现测力仪上板厚度及跨距是影响传感器输出的主要因素,利用有限元仿真对二... 针对18mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊过程焊接力变化范围大、速度快,导致难以准确测量的问题,设计了一种大量程四支点压电测力仪,主向100kN、侧向8 kN。经理论推导发现测力仪上板厚度及跨距是影响传感器输出的主要因素,利用有限元仿真对二者进行参数化分析,在满足现有测力单元量程基础上确定了其合理取值。最后对测力仪进行了静态标定、动态冲击实验,结果表明:测力仪线性度误差小于0.62%、向间干扰小于0.65%,固有频率大于1000Hz,达到了焊接过程跨尺度多维力测试精度要求。 展开更多

关键词 大量程 压电测力仪 参数化 标定实验 搅拌摩擦焊

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双侧复合搅拌摩擦焊压电测力仪研究

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作者 佟生 任宗金 +1 位作者 张军 孟庆增 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第8期31-37,共7页

针对平台式测力仪被放置在工作台上而不能测量双侧复合搅拌摩擦焊过程中焊接力的问题,设计了一款置于主轴前端的旋转式压电测力仪,并利用有限元仿真对其进行了静力学与模态分析。考虑到整套设备庞大、连线繁杂,不适用于长程焊接,设计了... 针对平台式测力仪被放置在工作台上而不能测量双侧复合搅拌摩擦焊过程中焊接力的问题,设计了一款置于主轴前端的旋转式压电测力仪,并利用有限元仿真对其进行了静力学与模态分析。考虑到整套设备庞大、连线繁杂,不适用于长程焊接,设计了一块信号调理电路板内嵌于测力仪中,将传感器产生的微弱电荷信号转换放大为模拟电压信号。通过标定及实测,得到了电路板线性度误差、准确度误差等指标,结果表明其性能良好,满足压电测试需求。 展开更多

关键词 双侧复合搅拌摩擦焊 压电测力仪 信号调理电路 标定实验

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四支点压电测力仪输出稳定性提高方法研究 被引量：3

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作者 张军 马奕萱 +3 位作者 任宗金 刘禹廷 甄田甜 仲育颉 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2022年第5期24-27,31,共5页

针对四支点测力仪中各传感器存在性能差异,导致在不同测试位置输出结果不一致的问题,提出了一种优化传感器布置次序的改善方法。根据测试时测力仪中各传感器的力分配关系,推导出了三向输出电压差异量的解析式,提出了4个布置位置所安装... 针对四支点测力仪中各传感器存在性能差异,导致在不同测试位置输出结果不一致的问题,提出了一种优化传感器布置次序的改善方法。根据测试时测力仪中各传感器的力分配关系,推导出了三向输出电压差异量的解析式,提出了4个布置位置所安装的传感器的各向力电转换系数差异性要求,通过标定实验进一步确定了传感器优化布置方案。在排除其他干扰因素的基础上进行了验证实验,结果表明,依照优化布置次序组装的测力仪的输出差异量降低了48%,验证了方法的可行性。 展开更多

关键词 压电测力仪 传感器 数学模型 布置次序 力电转换系数 测试精度

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不同作用点下压电测力仪灵敏度规律及其预测

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作者 张军 甄田甜 +2 位作者 蔡佳乐 李孟曈 刘禹廷 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第18期2656-2663,共8页

为了测量作用位置可变的大量程矢量力,设计了多点支撑式压电测力仪。对不同作用点下测力仪的灵敏度差异性进行分析和预测,以实现精准测量变作用位置的大量程矢量力的目标。对造成测力仪不同测试位置的灵敏度差异的影响因素进行分析,得... 为了测量作用位置可变的大量程矢量力,设计了多点支撑式压电测力仪。对不同作用点下测力仪的灵敏度差异性进行分析和预测,以实现精准测量变作用位置的大量程矢量力的目标。对造成测力仪不同测试位置的灵敏度差异的影响因素进行分析,得到测力仪工作面域内不同作用点下的灵敏度与测力单元力电转换系数之间的关系。进行三向变加载点标定实验,获得不同作用点下测力仪的灵敏度实验值。建立LS-SVM预测模型,利用变加载点实验结果对模型进行训练。验证实验表明,该模型预测的不同作用点下的测力仪灵敏度值与真实值的偏差小于3%。采用LS-SVM模型对不同作用点下的多点支撑式压电测力仪灵敏度进行预测具有快速、可靠和高精度的特点,该方法用于定量分析复杂关系量是有效的。 展开更多

关键词 压电测力仪 灵敏度 力电转换 LS-SVM模型

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小幅值姿控力测试系统热可靠性研究

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作者 吕江山 任宗金 +2 位作者 张啸风 焦林虎 孟庆增 《机电工程技术》 2023年第1期18-21,共4页

随着飞行器轨道控制技术的不断提升,对姿控力测试系统测试精度的要求也越来越高。飞行器在高空、低压状态下实现准确控制通常需要以其姿/轨控制系统在地面试验中的关键性能参数为依据。针对高频动态姿控力的测量特点,以压电传感器为核... 随着飞行器轨道控制技术的不断提升,对姿控力测试系统测试精度的要求也越来越高。飞行器在高空、低压状态下实现准确控制通常需要以其姿/轨控制系统在地面试验中的关键性能参数为依据。针对高频动态姿控力的测量特点,以压电传感器为核心测试元件,提出了一种4支点高刚度压电传感器布置形式,开发了一种适用于高频动态姿控力的推力矢量测量装置。为探究姿控发动机在测试时产生的高温对测试系统测试精度产生的影响,采用ANSYS有限元软件建立了压电测力仪的多物理场耦合仿真模型,求解了压电测力仪内部传感器的最高温度为38.73℃,最大变形量为0.08 mm。设计了测力仪的温度加载实验,通过实验得到测力仪在加温空载下最大输出不到0.5 N,最大输出误差不到0.1%,实验结果验证了测力仪具有良好的热可靠性。 展开更多

关键词 姿控力测量 热可靠性 ANSYS仿真 压电测力仪

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压电测力仪的联立标定方法研究 被引量：2

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作者 张军 宋鹏 +1 位作者 任宗金 李明昱 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第6期39-41,45,共4页

针对四支点布置形式压电测力仪标定时力解耦困难和测试受力状态与标定时不一致的问题,提出了联立标定法。基于测力仪测试模型,建立了力电关系方程组,推导出力电转换系数模型,并进行了扰动分析和误差传递分析。在测力仪上表面选取均布的2... 针对四支点布置形式压电测力仪标定时力解耦困难和测试受力状态与标定时不一致的问题,提出了联立标定法。基于测力仪测试模型,建立了力电关系方程组,推导出力电转换系数模型,并进行了扰动分析和误差传递分析。在测力仪上表面选取均布的21个特征点,进行加载实验,计算测试力值,并分析测试误差在上表面的分布情况。实验结果表明:在测力仪上表面,联立标定法最大测试误差仅为0. 376%,线性度在0. 33%以内,重复性在0. 26%以内。证明在测力仪上表面,联立标定法的测试精度均很高,标定方法有效。 展开更多

关键词 压电测力仪 静态标定 力解耦 扰动分析

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主向力作用下压电测力仪内部侧向力计算方法 被引量：1

8

作者 张军 邵恒昆 +2 位作者 李新阳 于婧 任宗金 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第11期33-37,共5页

由4个三向压电测力单元组成的四点支撑式压电测力仪被广泛应用于六维力测量领域,在测力仪设计阶段,需要对其各项性能进行校核以确保测力仪性能符合要求。测力仪受主向力时,各个测力单元会产生侧向力输出,过大的侧向力输出不会影响测力... 由4个三向压电测力单元组成的四点支撑式压电测力仪被广泛应用于六维力测量领域,在测力仪设计阶段,需要对其各项性能进行校核以确保测力仪性能符合要求。测力仪受主向力时,各个测力单元会产生侧向力输出,过大的侧向力输出不会影响测力仪侧向力侧向精度,但会限制测力仪的量程。文中主要针对压电测力仪受主向力时各个压电测力单元侧向力输出计算方法进行研究,将测力仪模型等效为多点弹性支撑板模型,基于有限元分析获得其受主向力时模型受力状态,通过力矩计算与力矩平衡原理获得各个测力单元侧向力输出。对压电测力仪进行主向力加载实验,结果表明,理论计算与实际实验结果非常接近,证明了计算方法的有效性。该计算方法通用性强,使用的有限元分析方法计算速度快,设置简单,有效提高了侧向力计算的准确性。 展开更多

关键词 压电测力仪 侧向力预测 弹性支撑板 力矩平衡原理

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用于脆硬材料加工中压电测力仪研制 被引量：1

9

作者 张军 卢炜昌 +1 位作者 任宗金 钱敏 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第7期69-71,75,共4页

脆硬材料加工中,常用加工中切削力的变化研究刀具结构、优化切削参数,从而提升加工质量。以测量脆硬材料深小孔加工、扩孔加工中的切削力为目标,分析了两种加工方法刀具的受力情况,设计选用4只压电传感器竖直布置的测力仪。分析了测力... 脆硬材料加工中,常用加工中切削力的变化研究刀具结构、优化切削参数,从而提升加工质量。以测量脆硬材料深小孔加工、扩孔加工中的切削力为目标,分析了两种加工方法刀具的受力情况,设计选用4只压电传感器竖直布置的测力仪。分析了测力仪中单个传感器预紧及装配产生的测试误差,并采用逐次调整装配的方法修正,后对测力仪进行了静、动态标定。标定结果表明:测力仪轴向灵敏度高、各向线性及重复性好、向间干扰小、固有频率高,具有良好的测试性能。 展开更多

关键词 切削力测量 压电测力仪 干扰分析 标定实验

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大尺寸压电测力仪输出性能研究

10

作者 张军 王炳 +2 位作者 邵恒昆 任宗金 王成刚 《自动化仪表》 CAS 2021年第10期35-38,共4页

为满足大型丁业生产设备工作过程中的三向载荷测试需求、提升力测试装置的测试精度,对大尺寸多点布局式压电测力仪的输出性能进行了研究。针对4点布局式压电测力仪侧向干扰输出大、载荷作用位置求解精度低的问题,采用变形分析方法建立... 为满足大型丁业生产设备工作过程中的三向载荷测试需求、提升力测试装置的测试精度,对大尺寸多点布局式压电测力仪的输出性能进行了研究。针对4点布局式压电测力仪侧向干扰输出大、载荷作用位置求解精度低的问题,采用变形分析方法建立了测力仪等效理论模型,并基于原结构提出了测力单元8点布局式改进方案。标定结果显示:改进后各测力单元在主向加载时的侧向干扰输出减小了47.44%,测力仪主向、侧向非线性及重复性误差小于0.5%,各向相间干扰均小于2%,对载荷作用位置的求解误差小于4 mm,有效解决了4点布局式测力仪现存的问题。该研究大幅改善了压电测力仪的测试性能,为大尺寸、弱刚度背景下力测试装置精度低的问题提供了解决方案,对多维力测试装置的结构改良具有借鉴意义。 展开更多

关键词 测力单元 压电测力仪 大尺寸 多点式布局 理论模型 结构改良 标定试验 静态指标 测试精度 输出性能

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换向器滚压加工过程监测系统

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作者 张军 石欣 钱敏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第4期107-110,共4页

根据换向器滚压加工成形的要求,提出选用电涡流传感方法对换向器成形的接触间隙进行检测,同时利用压电测力方法主动检测成形过程力的变化,将两种信息融和,构成检测系统。研究了位移传感器输出与被测间隙宽度、深度等之间的规律、电压限... 根据换向器滚压加工成形的要求,提出选用电涡流传感方法对换向器成形的接触间隙进行检测,同时利用压电测力方法主动检测成形过程力的变化,将两种信息融和,构成检测系统。研究了位移传感器输出与被测间隙宽度、深度等之间的规律、电压限幅问题以及试件边缘翘曲的影响。通过压电测力仪同步测量加工过程力的变化规律,分析了夹具轴状况、压轮位置、接触间隙对力信号的影响,并进行了实验验证,弥补了单一信号的不足,提高了检测系统的准确性和可靠性。 展开更多

关键词 换向器 间隙 电涡流传感器 压电力传感器

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高灵敏度测力仪及传感器布置形式研究

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作者 张军 李新阳 +1 位作者 任宗金 钱敏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第6期26-29,40,共5页

文中提出一种新型传感器布置形式的测力仪结构,适用铣削、钻削等过程中动态切削力的测量。基于石英晶片不同切型的特点,提出了一种新的测量方式,设计了2种传感器布置形式。对测力仪原理进行分析,建立输入与输出之间的理论输出模型。分别... 文中提出一种新型传感器布置形式的测力仪结构,适用铣削、钻削等过程中动态切削力的测量。基于石英晶片不同切型的特点,提出了一种新的测量方式,设计了2种传感器布置形式。对测力仪原理进行分析,建立输入与输出之间的理论输出模型。分别对2种测力仪进行静态性能标定实验,结果表明:2种布置形式的测力仪的线性度和重复性误差均小于1%,并轴向灵敏度高,静态性能良好,满足测试要求。对2种测力仪进行3个方向多加载点加载实验,实验结果表明2种测力仪均能够测得工作台上表面内不同位置、不同方向的矢量力,并且面域内不同点输出误差较小。2种测力仪的灵敏度较高,静态性能良好,满足使用要求。 展开更多

关键词 高灵敏度 布置形式 切削力 压电测力仪 输出误差 静态性能

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车床刚度在线测量系统的设计

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作者 崔建伟 魏世晨 《科技创新与生产力》 2015年第1期76-78,共3页

利用现代计算机技术在测试系统上的巨大优势,研究基于计算机技术实现车床刚度在线自动测试的方法,利用Delphi软件,开发出车床刚度在线测量系统的新方法。实验表明,该测试系统具有高的精度、小的误差和高的测量效率等优点。因此,该系统... 利用现代计算机技术在测试系统上的巨大优势,研究基于计算机技术实现车床刚度在线自动测试的方法,利用Delphi软件,开发出车床刚度在线测量系统的新方法。实验表明,该测试系统具有高的精度、小的误差和高的测量效率等优点。因此,该系统测量出的刚度值具有更高的参考价值。 展开更多

关键词 车床刚度 压电测力仪 刚度测量 DELPHI

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大型铝合金薄壁回转体零件切削力分析研究

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作者 周润锋 《机械与电子》 2016年第4期8-12,共5页

根据大型薄壁回转体零件切削力测试试验要求,研制了外圆专用压电式测力仪和内孔专用压电式测力仪。通过单因素试验分析,得出切削力的变化规律曲线,并采用有限元分析方法对切削力和工件变形影响进行了分析研究。最终得出在切削过程中主... 根据大型薄壁回转体零件切削力测试试验要求,研制了外圆专用压电式测力仪和内孔专用压电式测力仪。通过单因素试验分析,得出切削力的变化规律曲线,并采用有限元分析方法对切削力和工件变形影响进行了分析研究。最终得出在切削过程中主切削力Fz数值最大且对工件的加工精度影响最大。 展开更多

关键词 铝合金薄壁回转体零件 切削力 压电式测力仪 有限元

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基于归一化标定的压电测力仪测试精度研究

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作者 张军 史乃青 +1 位作者 钱敏 辛学亭 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期46-50,54,共6页

分析归一化标定时,加载力偏差对压电测力仪矢量力测试精度的影响。通过对理论推导可得,归一化标定加载偏差使电荷放大器归一化灵敏度改变,并增大了横向干扰输出,导致测力仪对矢量力测量产生偏差,降低了测试精度。通过实验对小力值矢量... 分析归一化标定时,加载力偏差对压电测力仪矢量力测试精度的影响。通过对理论推导可得,归一化标定加载偏差使电荷放大器归一化灵敏度改变,并增大了横向干扰输出,导致测力仪对矢量力测量产生偏差,降低了测试精度。通过实验对小力值矢量力进行测试,调整加载杆连接方式减小加载力偏差,测力仪横向干扰降低38.8%以上,矢量力参数不确定度最多减小53.9%。 展开更多

关键词 归一化 压电测力仪 灵敏度 矢量力 测试精度

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压电测力仪尺寸参数对测试精度影响研究

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作者 史乃青 张军 仁宗金 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期947-950,共4页

针对大量程比、小力值压电测力仪,分析了测力仪结构尺寸对测试精度的影响。采用理论与有限元分析相结合的方式分析可得,测力仪自身刚度不足引起的变形将增大测力仪向间干扰,降低测试精度。测力仪上盖厚度、中心孔径及传感器跨距尺寸参... 针对大量程比、小力值压电测力仪,分析了测力仪结构尺寸对测试精度的影响。采用理论与有限元分析相结合的方式分析可得,测力仪自身刚度不足引起的变形将增大测力仪向间干扰,降低测试精度。测力仪上盖厚度、中心孔径及传感器跨距尺寸参数是导致测力仪刚度不足,影响测力仪测试精度的关键因素。通过对某小力值测力仪进行尺寸参数优化设计,各项固有频率均在4kHz以上,动态性能优良;标称力值作用下,最大向间干扰为3.33%,测试精度提高33.4%。 展开更多

关键词 压电测力仪 向间干扰 测试精度 尺寸优化 有限元分析

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基于HSA-SVR的压电式车削测力仪多维力解耦

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作者 张军 蔡佳乐 +3 位作者 王郁赫 滕玄德 张鹏 王尊豪 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第6期26-29,36,共5页

文中针对压电式多维力测力仪向间干扰大,制约测量精度的问题,分析了向间干扰对测力仪测量精度的影响,提出了一种基于支持向量回归机(SVR)的非线性解耦算法。利用混合模拟退火算法(HSA)对SVR进行参数寻优,对比并分析了HSA-SVR和线性最小... 文中针对压电式多维力测力仪向间干扰大,制约测量精度的问题,分析了向间干扰对测力仪测量精度的影响,提出了一种基于支持向量回归机(SVR)的非线性解耦算法。利用混合模拟退火算法(HSA)对SVR进行参数寻优,对比并分析了HSA-SVR和线性最小二乘解耦法(LS)的解耦性能,证明经该方法解耦后向间干扰最大为0.526%,非线性误差最大为0.214%,HSA-SVR具有更好的非线性解耦效果。 展开更多

关键词 压电测力仪 多维力测量 支持向量回归机 非线性解耦方法 融合算法

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