态力信号快速衰减为零，而动态力信号随时间变化可以长久记录下来。本发明将充分利用该缺点(或特点)，将缺点转化为优点，利用压电式微力传感器悬挂一电磁砝码，电磁砝码的重力这一静态力信号产生的正阶跃力快速衰减为零，当采用电磁发射技术竖直向上发射该悬挂的电磁砝码，电磁砝码被发射的同时与之相连的压电式微力传感器原先受到的已经衰减为零的正阶跃力信号将迅速转变为精确的微小负阶跃力信号，且该负阶跃力大小等于电磁砝码的重力，方向相反。因电磁砝码被发射出去而在弹止轨道内被卡死固定，从而该负阶跃力可在时间轴上长久稳定的存在。可见，本发明提出的系统和技术具有巧妙的精确产生微小负阶跃力的功能，且结构简单紧凑、经济实用、操作便捷。
[0050]第二、由于所使用的电磁砝码可反复稳定的多次发射使用，从而本发明的该基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统与技术在做标定实验时具有可重复且精确产生相同微小负阶跃力的突出优点，因而，具有很好的重复性和高度的稳定性，且噪声小等突出优点。
[0051]第三、本发明虽然针对压电式微力传感器，对于其它非压电式的动态微力传感器的动态标定问题同样适用。因此，适用范围广是该发明的另一优点。
[0052]本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0053]上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于，包括:微小负阶跃力信号发生与调节装置、传感器固定与调节装置、信号放大与采集装置，所述微小负阶跃力信号发生与调节装置包括电磁发射装置、静载装置和弹止装置；所述微小负阶跃力信号发生与调节装置通过所述静载装置与所述传感器固定与调节装置连接；所述传感器固定与调节装置通过同轴电缆和所述信号放大与采集装置连接；所述电磁发射装置包括充放电回路和发射轨道，所述充放电回路包括充电电压可调电容组、整流桥路、触点开关、充电开关和电磁线圈；所述电磁线圈内嵌于所述发射轨道内或紧密缠绕在所述发射轨道外。2.根据权利要求1所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于，所述发射轨道是由低摩擦系数、非导磁、非导电材料制成的圆柱形中空管道，所述发射轨道上端外表面制作螺纹，下端开有用于装卸电磁砝码的对称开口。3.根据权利要求1所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于， 所述弹止装置包括弹止轨道、调节螺母、弹簧、卡扣、中心通孔和径向通孔； 所述弹止轨道中心沿轴线方向包含内侧带中心螺纹的变截面的中心通孔，所述发射轨道与所述弹止轨道通过所述中心通孔上的中心螺纹对接；所述弹止轨道周向对称设计有两个带特定长度内螺纹的等截面通孔，所述弹簧和所述卡扣置于该周向等截面通孔中，所述调节螺母通过该周向等截面通孔的内螺纹与所述弹止轨道以及所述弹簧连接；所述弹簧与所述调节螺母通过球铰链铰接并与所述卡扣的平端面一端刚接，所述卡扣另一端为朝下倾斜的斜截面。4.根据权利要求3所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于， 所述弹止轨道的中心通孔为变截面通孔。5.根据权利要求1所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于，所述静载装置包括电磁砝码和静载细线，所述电磁砝码是由高磁导率材料制成的不同质量相同形状的砝码，所述电磁砝码的头部设计成梯形锥状砝码帽，所述静载细线由砝码帽连接砝码；所述静载细线一端连接到所述传感器固定与调节装置的安装与调节螺母上，另一端贯穿弹止轨道和所述电磁发射轨道，并连接所述电磁砝码； 所述静载细线是由密度较小的柔性材料制成的细丝；标定实验前，所述电磁砝码通过所述静载细线连接并悬置于所述发射轨道中，并与所述发射轨道同轴。6.根据权利要求1?5之任一所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于， 标定实验时，所述悬置的电磁砝码被发射到所述弹止装置内，由卡扣卡死固定。7.根据权利要求1?5之任一所述基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，其特征在于， 所述传感器固定与调节装置包括安装与调节螺母和待标定的压电式微力传感器，所述安装与调节螺母的一端带有螺纹，另一端中心带有接线孔；所述安装与调节螺母与所述待标定的压电式微力传感器通过螺纹串联连接；所述静载细线通过所述接线孔固定连接在所述安装与调节螺母上。8.一种利用权利要求1?7之任一所述的基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统进行的标定方法，其特征在于，包括: 一次标定实验前:优选合适质量的电磁砝码，用静载细线连接并悬置于发射轨道内，与发射轨道同轴；所述电磁砝码在重力作用下对待标定的压电式微力传感器产生一向下作用力，此时，待标定的压电式微力传感器产生一个微小的且不规律的正阶跃力信号，该信号将迅速衰减为零； 一次标定实验时:优选合适的电压给充电电压可调电容组充电，充电完成后，触点开关开启，电磁砝码在电磁线圈产生的脉冲磁力作用下沿电磁轨道发射出去，迅速进入弹止轨道，并被卡扣卡死；此时，待标定的压电式微力传感器原先承受的电磁砝码的重力迅速消失，瞬间产生一个微小的且精确的负阶跃力信号，该负阶跃力大小等于电磁砝码的重力，该负阶跃力在时间轴上将长久稳定存在； 一次标定实验后:旋开弹止轨道内调节螺母连接的卡扣，电磁砝码被释放下来； 在发射轨道下端的开口处更换不同质量的电磁砝码，重复以上三步标定实验，执行不同大小负阶跃力信号的标定。
【专利摘要】本申请公开一种基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统，包括微小负阶跃力信号发生与调节装置、传感器固定与调节装置、信号放大与采集装置。所述微小负阶跃力信号发生与调节装置包括电磁发射装置、静载装置和弹止装置；所述微小负阶跃力信号发生与调节装置通过所述静载装置与所述传感器固定与调节装置连接；所述传感器固定与调节装置通过同轴电缆和所述信号放大与采集装置连接；所述电磁发射装置包括充放电回路和发射轨道，所述充放电回路包括充电电压可调电容组、整流桥路、触点开关、充电开关和电磁线圈；所述电磁线圈内嵌于所述发射轨道内或紧密缠绕在所述发射轨道外。本申请还公开一种基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定方法。
【IPC分类】G01L25/00
【公开号】CN105333993
【申请号】CN201510794365
【发明人】刘战伟, 董杰, 刘爽, 花韬, 谢惠民
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月18日