【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)變片接成某種形式的電橋電路，這樣就可以從電橋的輸出中得出應(yīng)變量大小，從而根據(jù)應(yīng)變量與外力的關(guān)系得出作用在彈性元件上外力F的大小[2]。 應(yīng)變式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)（1）梁式結(jié)構(gòu)圖21示意幾種常見的梁式彈性體的結(jié)構(gòu)形式。國(guó)內(nèi)外不論是拉式結(jié)構(gòu)還是壓式結(jié)構(gòu)都基本采用這種梁式彈性體作為敏感元件，梁式彈性元件大部分是懸臂梁式，懸臂梁是一端固定，一端自由的彈性元件[2]。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、應(yīng)變和位移較大。此結(jié)構(gòu)的傳感器量程范圍一般集中在2~1000kg，主要應(yīng)用在稱重、電子平臺(tái)秤中。其中圖21（a）中數(shù)字部分是應(yīng)變片貼片區(qū)。（a） （b） 兩端固定梁 S式梁constrained beam beam in S type （c） （d） 雙連孔式懸臂梁 雙連扁孔式懸臂梁 cantilever beam in twohole cantilever beam in two flat pins 圖21梁式結(jié)構(gòu)（2）板環(huán)式結(jié)構(gòu)圖22所示的是板環(huán)結(jié)構(gòu)傳感器敏感元件部分，國(guó)內(nèi)早期板環(huán)彈性體[4]只用于拉式傳感器。近年來，由于工藝成熟，板環(huán)結(jié)構(gòu)被用于壓式傳感器。板環(huán)式拉壓力傳感器具有抗偏、抗彎、抗扭能力，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力要比梁式結(jié)構(gòu)好。圖22 板環(huán)式結(jié)構(gòu)（3）柱式結(jié)構(gòu)圖23所示的是柱式傳感器的結(jié)構(gòu)。盡管這種彈性體結(jié)構(gòu)的傳感器在不采取線性補(bǔ)償，非線性誤差較大。結(jié)構(gòu)本身并不具有抗偏、抗扭的能力，但這種傳感器有很高的抗沖擊能力，而且這種柱式結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)來說，工藝成熟、加工方便、重復(fù)誤差、滯后誤差小等優(yōu)點(diǎn)[28][29]。圖23（a）所示的是柱式彈性體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布示意圖。圖23（c）所示為香港產(chǎn)的AUTOCFBHZB 系列的柱式稱重傳感器。(a) （b） （c） 圖23 柱式傳感器結(jié)構(gòu)圖 （4）輪輻式圖24 是輪輻式彈性體結(jié)構(gòu)。輪輻式力傳感器與傳統(tǒng)的拉壓式傳感器相比 ,具有精度高、滯后小、重復(fù)性好、抗偏心載荷能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)高度最小、重量輕等優(yōu)點(diǎn) ,因此這種傳感器在大、中量程測(cè)量方面有著廣泛的應(yīng)用，并具有良好的市場(chǎng)前景。在大量程時(shí)，常因支撐的剛度不夠而造成較大的滯后誤差，加上加工工藝較為復(fù)雜，多用于電子汽車秤，料斗秤等[30][31]。 圖24 輪輻式彈性體結(jié)構(gòu)圖（5）復(fù)合彈性體結(jié)構(gòu)隨著加工工藝的日益成熟，彈性體的結(jié)構(gòu)也越來越多樣化。（a） （b） 雙量程測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖[32] 三量程測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖[32]（c） 雙量程測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖[33] 圖25 傳感器的測(cè)量電路傳感器的測(cè)量電路就是將電阻應(yīng)變片的變化轉(zhuǎn)為電壓的輸出。因?yàn)榛菟沟请姌螂娐肪哂锌梢种茰仄挠绊懞鸵种聘蓴_等優(yōu)點(diǎn)，被各種應(yīng)變式傳感器所應(yīng)用。電橋電路根據(jù)電橋工作臂的不同組合可分為半橋單臂、半橋雙臂和全橋三種工作方式。全橋臂由于各臂的參數(shù)一致，干擾影響相互抵消，與其他兩種臂比較，具有靈敏度高、受干擾小。MCL拉壓力傳感器所采用的是全橋工作方式。圖26 傳感器測(cè)量電路圖MCL拉壓力傳感器采用彈性體作為敏感元件，高精度電阻應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將應(yīng)變片粘帖在被測(cè)彈性體上。應(yīng)變電阻的變化是通過四臂電橋轉(zhuǎn)化為電壓的變化。根據(jù)電橋工作原理[25]，將粘帖在應(yīng)變梁上的四個(gè)應(yīng)變片電阻連接橋路如圖210所示，虛線的部分為傳感器本體，內(nèi)部連線已接好。3，4端接供橋電壓，1,2端為輸出。在測(cè)量應(yīng)力的時(shí)候，當(dāng)試件受力變形時(shí)，電橋失去平衡，從輸出端獲得一個(gè)與外力成正比的電壓信號(hào)。第三章 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 圖31matlab開發(fā)工作界面MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。本次主要運(yùn)用的是MATLAB直接調(diào)入根據(jù)DHDAS信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)軟件得到的振動(dòng)時(shí)間和頻域圖像的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用幾個(gè)函數(shù)得到幅頻和相位圖然后計(jì)算出每個(gè)圖像的傳感器剛度系數(shù)，阻尼，質(zhì)量等信息，然后進(jìn)一步得出彈簧質(zhì)量阻尼模型，得到二階二自由度的振動(dòng)傳遞函數(shù)最后運(yùn)用MATLAB仿真圖像軟件仿真得到時(shí)間頻域圖像，看是否與實(shí)驗(yàn)得到的圖像一致，并根據(jù)相關(guān)理論調(diào)整阻尼的大小來改變傳感器的動(dòng)態(tài)特性，提出改進(jìn)措施。第四章 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果處理：小球，圓筒，PPM225LS1拉壓力傳感器，DHDAS信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)。如下圖實(shí)驗(yàn)器材 圖41 實(shí)驗(yàn)說明本次動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)采用的是50N的PPM225LS1型的拉壓力傳感器，如下圖拉壓力傳感器 圖4250N的PPM225LS1型的拉壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：量 程: 10,20,30,50,100 N輸 出: mV/V 或 0～5V,1～5V,0～10mA,4～20mA非 線 性: ～ % FS滯 后: ～ % FS不重復(fù)性: ～ % FS溫 漂: ～ % FS/℃零位輸出: ≤2 % FS激勵(lì)電壓: 10V 或 12V,15V,24V(DC)工作溫度: 20～80℃過載能力: 150% FS根據(jù)傳感器形狀可以看出能把此系統(tǒng)等價(jià)為如下振動(dòng)系統(tǒng)，二階振動(dòng)系統(tǒng) 圖43 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析連接好pc機(jī)和PPM225LS1拉壓力傳感器，和DHDAS信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)，然后用小球在固定高度分別為10cm，15cm，20cm，由圓筒內(nèi)做自由落體運(yùn)動(dòng)沖擊傳感器，由DHDAS信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)得到時(shí)間頻域圖像。然后通過碼頭喇叭軟件的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模塊進(jìn)行傅里葉變換，得到振動(dòng)的振幅和相位。本次實(shí)驗(yàn)共做了三組，小球高度分別為10cm，15cm，20cm，每組用相同的激勵(lì)力沖擊組合型傳感器，每組做五次實(shí)驗(yàn)，得到的時(shí)間頻域圖像，橫坐標(biāo)為時(shí)間（ms），縱坐標(biāo)為長(zhǎng)度(μm)，圖像為：第一組第一次：時(shí)間頻域圖 圖44用MATLAB軟件模擬得到的幅頻和相位圖，幅頻圖橫坐標(biāo)為時(shí)間