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专利号: 2017104312364
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-04-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.可嵌入式条状全柔性多维力传感器,包括传感器柔性基体,其特征在于:在传感器柔性基体内部设有呈条状布置的上层微通道和下层微通道,上、下两层微通道结构相同且呈Z字型分别首尾连接成一根通道,微通道内注入液态金属镓铟锡合金导体作为传感器的敏感元件,其中下层微通道头部和尾部分别引出接引线a和接引线b,上层微通道头部和尾部分别引出接引线c、接引线d和中间接引线e,引出的各接引线用于连接外部采集系统,以检测微通道中电阻的变化;使用时,所述传感器可嵌入任何待测力环节中,其形状和柔度可根据环境要求而设定,当施加拉弯载荷时,传感器柔性基体内部微通道电阻和两端电压发生变化,可根据四线制测电阻方法计算得出施加的三维力的各个分量。

2.根据权利要求1所述的可嵌入式条状全柔性多维力传感器,其特征在于:所述根据四线制测电阻方法计算施加的三维力的各个分量,是在接引线a和接引线b、接引线c和接引线d两端通入恒流电源,并接入数据采集板卡,可测得各电阻所对应的电压值,记初始状态接引线a和接引线b、接引线c和接引线d两端电压为U0,施加载荷后接引线a和接引线b两端电压为Uab,接引线c和接引线d两端电压为Ucd,接引线c和接引线e两端电压为Uce,接引线d和接引线e两端电压为Ude,当传感器只受到沿Y轴拉伸载荷FY时,上下两层微通道电阻变化相同即Uab=Ucd,可得FY=K1(Uab‑U0),当传感器只受到绕X轴弯矩MX时,上下微通道电阻会有电阻差,相应会有电压差,可得MX=K2(Ucd‑Uab),由于Ucd=Uce+Ude,所以MX=K2(Uce+Ude‑Uab),当传感器只受到绕Z轴的弯矩时,上下两层微通道电阻变化相同即Uab=Ucd,但Uce≠Ude,可得MZ=K3(Uce‑Ude),经分析可得,独立的输入变量共三个,分别为Uab、Uce和Ude,整理计算可得:写成输入和输出的关系式可得:

其中,K1、K2、K3为电压协调系数,K1、K2、K3和U0可通过实验标定获取。