专利名称：多维力传感器的结构尺寸优化方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，具体地说，涉及一种传感器的结构尺寸优化方法。
背景技术：
优化设计是指以某种方法确定被优化对象的一组结构参数，使它的输出特性按预定精度变化，在某些性能指标上达到最佳。传感器作为精密测量的一种常用工具，其结构设计对其测量结果的准确度起着决定性的作用。结构优化设计不仅可以降低结构重量和材料成本，而且能够改进传感器的灵敏度、强度、刚度、振动特性、屈曲稳定性等性能。传感器优化设计是基于传感器的数学模型，以传感器的性能指标为目标函数，选定其设计参数和变化范围，应用优化算法，通过软件计算出满足性能指标的最佳参数。显然对于实际测量中的不同特性要求，就有一组不同的最优结构参数，即不同的最优化设计方案。因此，首先要根据实际需要，确定一个目标，即先建立一个目标函数，然后选择一种恰当的最优化方法求解。其中传感器设计的目标之一是获得较高的精度，但传感器尺寸的要求往往会限制传感器的静态特性和动态特性。特别是多维力传感器的设计，在精度、线性度和灵敏度之间很难达到一个很好的平衡点，以致传感器有些性能很差。目前，结构优化设计比较常用的方法是使用ANSYS软件，对于多维力传感器来说结构优化的目标函数比较难以确定，比较常用的目标函数为传感器的重量和体积作为优化目标函数，这种优化只能使得传感器做到微型化，而无法很好地解决传感器的灵敏度和线性度，同时有可能会在降低重量和体积的同时也使得传感器的灵敏度和线性度降低。而对于多维力传感器来说，灵敏度和线性度又是最重要的性能指标。因此，需要以多维力传感器的主要性能指标为目标函数的优化方法才可以直接提高传感器综合性能。
发明内容
本发明是要解决多维力传感器尺寸优化的目标函数和优化目标难以确定的技术问题，而提供一种以多维力传感器的灵敏度和线性度为目标函数实现对多维力传感器的结构尺寸优化方法。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种多维力传感器的结构尺寸优化方法， 其步骤是
1.首先，建立二维力传感器的力学模型，根据力学模型建立弹性体的数学模型，并求解出应力、应变与力的解析解，具体表达式如下公式
权利要求
1. 一种多维力传感器的结构尺寸优化方法，其特征在于，其步骤是 (一)建立二维力传感器的力学模型，根据力学模型建立弹性体的数学模型，并求解出应力、应变与力的解析解，具体表达式如下公式
全文摘要
本发明涉及一种多维力传感器的结构尺寸优化方法，该方法以求得传感器的应力应变解析解为基础，以传感器最重要的两个性能指标灵敏度和线性度为优化的目标函数进行优化。具体步骤如下首先根据传感器的力学模型，建立弹性体在各种工况下的数学模型，求解出传感器应力、应变的解析解；基于应力应变的解析解，并以传感器的灵敏度和线性度为结构尺寸的优化目标函数对传感器的主要结构尺寸进行优化。该优化方法具有简单有效的特点，很好地处理了多维力传感器在精度、线性度和灵敏度之间很难达到一个很好的平衡点的难点，提高了传感器的测量精度、线性度和灵敏度。
文档编号G01D3/02GK102353388SQ20111016151
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者付婷婷, 朱坚民, 朱欢欢, 杜鹏, 杨帆, 王军, 赵福旺 申请人:上海理工大学