专利名称：对力传感器做动态标定的方法
技术领域：
本发明属于传感器测试领域，涉及对力传感器动态标定方法的改进。
对力传感器做动态标定是十分重要的。标定时需要用一个负阶跃力作用于传感器。现有的方法中采用落锤或振动台或激波管产生负阶跃力，它们有各自的缺点。落锤产生的力的频率范围窄。振动台无法带动质量大的传感器。激波管对频率在5KHz以下的传感器、质量大的传感器以及形状不规则的传感器都不适用。中国兵工学会测试技术学会出版的“测试学报”增刊1994年第8卷第2期有一篇文章《力传感器的动态重复性、线性度与性能改进的研究》(以下简称“研究”)，其中P53-54页公开了一种产生负阶跃力的方法和装置。该方法是将脆性材料片夹在被标定传感器和加载装置之间，当脆性材料片承受不了载荷断裂后，力传感器就得到一个负阶跃力。通过改变脆性材料片的几何尺寸来改变阶跃力值。该文并未指明所用的是何种材料以及可以得到的最小力值。文中采用的加载方式是向脆性材料片施加抗弯力，即向托着脆性材料片的两个支点之间加载。
本发明的目的是提供一种频率范围宽、力值可大可小、适用于各种传感器的动态标定方法。
本发明的技术方案是一种对力传感器做动态标定的方法，用一个负阶跃力作用于传感器，用瞬态记录仪或数字存储示波器采集记录传感器的输出，计算频率特性，其特征在于，按以下步骤产生作为激励信号的负阶跃力a、制备试件选择 值高的材料制作试件，其中E为材料的弹性模量，ρ为材料的比重， 的值越大，用该材料制造的棒状固体中纵向声波的传播速度越快，传播高频信号的能力越强。可使用的材料有陶瓷、金刚石、玻璃、高速钢、球磨铸铁，推荐使用 大于8000m/s的陶瓷材料；b、装夹试件把试件安装在被固定在一个框架内的、欲标定的力传感器和一个加载装置之间；c、加载由加载装置向试件加载，直到试件断裂。与“研究”中公开的方法相比，本发明的区别特征主要是第一、本发明选择材料的标准是取 值高的材料，特别是陶瓷材料。陶瓷的抗压能力很强，所以能产生和传递较大力值的负阶跃；陶瓷的抗弯能力很弱，所以又能产生和传递较小力值的负阶跃，它是制作试件的良好材料。当选择金属材料时，其HRc应大于65。
第二、对试件的安装方式有两种，一是将试件横置，用两个支点将其支起，向两支点中间加载。本发明还可以采用立置试件的方法，将试件做成长细杆，长细比为5∶1～20∶1，加载时从试件的两端沿其长度向中心加载。在这种加载方式中，试件受到沿其长度方向的压力，达到一定数值时，试件发生弯曲、断裂。改变试件的几何尺寸或者截面形状，可以得到不同的负阶跃力值。经常使用的试件截面为方形或矩形。也可以是圆形、环形多边形。
所用的加载装置可以使用液压、气压或者机械加载方式，例如挂法码或者其他机械力。使用液压装置压力大且加载平稳。加载的力值可由测力装置测量。但被标定的力传感器已经进行了静态标定，因此动态加载的力值可以由传感器的输出计算出来，不必另行测量。
本发明的优点是标定的频率范围宽，负阶跃力值可大可小，适用于目前已有各种类型的传感器，不论其无形如何，也不论其重量多大，都可以用本发明的方法进行准确的动态标定。比如现有技术一般只能标定频率在几百到几千赫芝的应变式力传感器的动态性能，而本发明方法可以对高达100KHz的压电式力传感器进行动态标定。
。图1是用本发明的方法标定力传感器的装置原理图。图2是对一只型号为9371A的力传感器进行标定的输出响应曲线。图3是9371A力传感器的频率特性。图4是共振频率在70KHz的传感器的输出响应曲线。图5是共振频率在30KHz的传感器的输出响应曲线。
图1中，1是被标定的传感器，2、4是垫块，防止压伤传感器，3是试件，5是液压缸，6是机架，固定试件和液压缸，7是记录仪，记录传感器的输出信号。这里试件3是立置。也可以横置，在液压缸活塞上放一个较大的垫块，再放两个支撑，把试件架在支撑上，在两个支点中间的试件上放一个小垫块，与被标定的传感器相接触。这时，试件直接承受抗弯力。图2、3是使用本发明标定传感器的一个实施例的标定结果，图4是对共振频率70KHz的传感器进行标定的实施例，图5是对共振频率30KHz的传感器进行标定的实施例，做出的性能曲线是十分准确的。
权利要求
1.一种对力传感器做动态标定的方法，用一个负阶跃力作用于传感器，用瞬态记录仪或数字存储示波器采集记录传感器的输出，计算频率特性，其特征在于，按以下步骤产生作为激励信号的负阶跃力(1)、制备试件选择 值高的材料制作试件，E为材料的弹性模量，ρ为比重，可使用的材料有陶瓷、金刚石、玻璃、高速钢、球磨铸铁，(2)、装夹试件把试件安装在被固定在一个框架内的、欲标定的力传感器和一个加载装置之间，(3)、加载由加载装置向试件加载，直到试件断裂。
2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，可使用的材料有陶瓷、金刚石、玻璃、高速钢、球磨铸铁，
3.根据权利要求1或2所述的标定方法，其特征在于，所说的试件是长细杆，长细比为5∶1～20∶1，加载时从试件的两端沿其长度向中心加载。
4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所说的试件的截面为方形或矩形。
4.根据权利要求1或2所述的标定方法，其特征在于，所说的加载装置可以使用液压、气压或者机械加载方式。
5.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所说的加载装置可以使用液压、气压或者机械加载方式。
全文摘要
本发明属于传感器测试领域，涉及对力传感器动态标定方法的改进。本发明的方法，选择值高的材料制作试件，把试件安装在被固定在一个框架内的，欲标定的力传感器和一个加载装置之间，由加载装置向试件加载，直到试件断裂，用瞬态记录仪或数字存储示波器采集记录传感器的输出，计算频率特性。本发明适用于对各种类型的传感器进行动态标定。
文档编号G01L25/00GK1125845SQ9411337
公开日1996年7月3日 申请日期1994年12月28日 优先权日1994年12月28日
发明者张于北 申请人:中国航空工业总公司第三零四研究所