计量学报

作者：杨述焱,孙东杰,李丹若,宋爱国

单位：东南大学仪器科学与工程学院,江苏 南京 210018

关键词：计量学;生物力学测量;三维力传感器;电容;迟滞补偿;解耦

基金：国家自然科学基金深圳联合基金(U1713210)

针对生物力学测量的应用需求,考虑到电容型传感器温度特性好、功耗低等特点,研制了一种新型电容式三维力传感器。该传感器基于一种新颖的弹性体结构,以聚氨酯泡沫作为介质构成了3组电容,使得传感器能够同时感知3个维度的输入力分量并转化为3个通道的电容变化,利用ANSYS有限元分析确定了传感器的尺寸,使其各维度的量程达到±200N,安全过载大于150%。设计了由电容采集模块和信号处理模块组成的测量系统,嵌入传感器内部,一体化的设计实现了测量数据的实时解算和输出。此外,针对电容式传感器存在的迟滞效应和维间耦合干扰问题,建立了迟滞补偿与解耦模型。通过实验验证,该传感器的Ⅰ类误差低于2.8%,Ⅱ类误差低于4.6%。

来源：2021年第4期

《计量学报》期刊编辑部

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