基于应变片式压力传感器的重心测量系统

合集下载

应变式压力传感器的原理及应用

应变式压力传感器的原理及应用
一、应变式压力传感器的工作原理
应变式压力传感器是通过应变测量物体受力大小的一种传感器。

其工作原理是：在物体内部或表面放置应变片，当外部施加压力时，应变片就会发生形变并沿着其敏感方向产生感应电阻的变化。

传感器接收感应电阻的信号，并将其转化为电信号输出。

因此，当外界的压力改变时，应变感应电阻的值也随之改变，进而实现对压力变化的检测与测量。

二、应变式压力传感器在电子秤中的应用
电子秤是应变式压力传感器的主要应用领域之一。

在电子秤中，传感器被安装在秤盘下面，在物品放在秤盘上时，其所承受的重力会被传感器感知并转化为电信号，进而计算出物品的重量。

目前，市面上电子秤的类型繁多，其中最为流行的是称重范围较小（数百克至数千克）的电子秤。

这类秤采用应变式压力传感器作为其核心部件，具有灵敏度高、精度高、反应迅速的特点。

同时，由于应变式压应力传感器具有结构简单，易于维护等优点，因此在电子秤中的应用也较为广泛。

压力传感器的原理及作用

压力传感器的原理及作用
压力传感器（Pressure Sensor）是一种测量介质压力变化的设备，属于传感器的一种。

压力传感器的原理是利用压力对某种特定材料产生形变的性质，通过测量形变程度来推断介质压力的大小。

常用的压力传感器有多种工作原理，包括应变片式、电容式、电阻式、振动式、压电式等。

应变片式压力传感器的工作原理是利用在测量接口上的应变片，在受到外力（即介质压力）作用时，产生形变，通过测量应变片上的形变来间接测量压力。

电容式压力传感器的工作原理是利用介质的压力将电容器的电容值改变，通过测量电容值的变化来间接测量压力。

电阻式压力传感器的工作原理是利用压力改变电阻的特性，通过测量电阻值的变化来间接测量压力。

振动式压力传感器的工作原理是利用压力改变振动的频率或振幅，通过测量振动的变化来间接测量压力。

压电式压力传感器的工作原理是利用压力引起压电材料产生电荷，通过测量产生的电荷量的变化来间接测量压力。

压力传感器在工业、物流、医疗、汽车等领域有广泛的应用。

它可以用于测量气体或液体的压力，监测和控制系统中的压力变化，用于安全预警、质量控制、工艺调整等。

压力传感器还可以用于科学研究、环境监测、航空航天等领域。

基于应变片的设备变形检测系统(作者：邓南化)

------基于应变片的设备变形检测系统--------------------------------------------------------
六、
软件框图
软件流程图：
开始
初始化
采集
数据超标？否继续工作用户控制？停止工作停止
是报警
------基于应变片的设备变形检测系统--------------------------------------------------------
电气测量系统设计
七、
特点
系统是基于应变片的设备变形检测系统，主要有以下特点：系统采用的处理器为市面常用的单片机，成本低，易于开发与批量生产；可以对设备变形进行多点测量，也可以对多个设备时行测量；系统对测量信号进行必要的放大，可以提高测量的精度与准确性；有 LCD 显示模块和键盘控制模块，有良好的用户交互，方便工程人员和非工程人员使用；对设备变形严重的情况做出相应的报警，使系统更加人性化和智能化；单片所使用的 IO 资源少，易于扩展与二次开发。
重时做出相应的报警以提醒工作人员；（4）人员可以键盘对系统控制，如停止检测，开始采集，关闭报警功能等。
------基于应变片的设备变形检测系统--------------------------------------------------------
电气测量系统设计
系统的单片机接口图如下所示：
式中：ε1，ε2，ε3，ε4 分别代表电阻片 R1，R2，R3，R4 感受的应变值。上式表明，电压变化量ΔUDB 与四个桥臂电阻片对应的应变值ε1，ε2，ε3，ε4 成线性关系。应当注意，式中的ε是代数值，其符号由变形方向决定。通常拉应变为正，压应变为负，可以看出，相邻两臂的ε（例如，ε1，ε2 或ε3，ε4）符号一致时，根据式（1）应变相互抵消。如符号相反，则两应变绝对值相加。两相对桥臂的ε （例如ε1 和ε3）符号一致时，其绝对值相加，否则二者相互抵消。显然，不同符号的应变按照不同的顺序组桥，会产生不同的测量效果。因此，灵活地运用（2）式正确地布片和组桥，可提高测量的灵敏度并减少误差。

压力传感器工作原理

压力传感器工作原理压力传感器是一种用于测量物体压力的设备，它可以将压力信号转换为可读取或可感知的电信号。

压力传感器的工作原理基于不同的传感技术，下面将介绍常见的几种压力传感器工作原理。

1. 应变片式压力传感器应变片式压力传感器是一种常见的压力测量装置。

它基于金属应变片的工作原理。

当外力作用于金属弹性体上时，弹性体会产生微小的形变，这会导致应变片上的电阻值发生变化。

应变片上放置有电阻应变计，它可以感知到电阻的变化，从而转换成电信号进行测量和记录。

2. 容积式压力传感器容积式压力传感器使用一个装有活塞或膜片的隔膜室来测量压力。

当外界压力作用于隔膜上时，隔膜会产生位移，从而改变隔膜室的容积。

利用容积变化可以测量出压力的大小。

传感器通常使用敏感元件或电容器来感知容积的变化，并将其转换为电信号进行测量。

3. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器基于电阻值随压力的变化而变化的原理。

通常使用敏感元件，如硅片或陶瓷，通过薄膜电阻的形式集成在元件中。

当外界压力作用于传感器时，薄膜电阻会发生变化。

这个变化可以通过电路进行测量，并转换为压力值。

4. 容感式压力传感器容感式压力传感器是一种基于电感值随压力的变化而变化的原理来进行测量的传感器。

传感器内部通常装有一个敏感的感知元件，当外界压力作用于传感器时，感知元件的电感值会发生变化。

这个变化可以通过电路进行感知和测量，并转换为对应的压力值。

总结而言，压力传感器的工作原理多种多样，常见的包括应变片式、容积式、压阻式和容感式等。

它们利用材料的特性和工作原理，将外界压力转换为可读取或可感知的电信号，以便测量和记录压力的数值。

这些传感器在工业、汽车、医疗等领域中得到广泛应用，为我们提供了准确和可靠的压力测量方案。

应变片式传感器原理

应变片式传感器原理应变片式传感器是一种常用于测量物体应变量的传感器。

它基于弹性元件产生的变形来测量物体的力、压力、力矩、重力等各种应变物理量。

应变片式传感器由一个金属片制成，表面有细小的金属应变计。

当力或压力作用于传感器上时，金属片会发生微小的形变，而这种形变会导致金属应变计发生电阻值的变化。

通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。

1.金属片造成应变：外部力或压力作用在传感器上时，传感器材料会发生微小的变形或扭曲，这会导致传感器产生应变。

2.应变计感知应变：应变片表面的应变计是一种具有电阻性质的金属网格或导线。

应变导线的电阻值会随应变的大小而发生变化。

通常情况下，应变计是作为被测物体和传感器之间的一个技术层靠贴合在一起的。

3.测量电阻变化：应变计所在的电路通过电极连接到测量电路中。

当外部力或压力作用在传感器上时，电阻值会发生变化。

通过测量电阻值的变化，可以确定外部力或压力的大小。

4.数据处理：测量电路通常包括一个放大器和一个模数转换器。

放大器用来放大应变计产生的微小电压信号，模数转换器将模拟电压转换为数字信号，以便于后续处理和分析。

应变片式传感器的优点是结构简单，响应速度快，测量范围广。

它广泛应用于工程领域、自动化控制、材料测试、航天航空等领域。

在工程应用中，应变片式传感器可以用来测量桥梁、建筑物、汽车、船舶等结构材料的应变情况，以便于评估结构的稳定性和安全性。

在航空航天领域，应变片式传感器可以用来测量飞机翼上的气动力，以及航天器发射和着陆时的载荷情况。

然而，应变片式传感器也存在一些限制。

首先，金属应变计精度受到材料本身的特性和制造工艺的限制。

其次，温度变化也会对应变片式传感器的测量精度产生影响。

因为金属的热膨胀系数是有限的，当温度发生变化时，金属片会膨胀或收缩，从而影响测量结果。

因此，在应用中需要对温度进行补偿，以提高测量精度。

总之，应变片式传感器是一种重要的传感器类型，广泛应用于工程、自动化控制、材料测试和航空航天等领域。

《检测技术》课程设计-基于应变片的电子秤设计

AT89C51简介 (17)1、2、背景介绍质量是测量领域中的一个重要参数，称重技术自古以来就被人们所重视。

秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科技发展的必然规律。

低成本、高智能的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，衡器技术在不断进步和提高。

从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤电子秤是日常生活中常用的衡量器件，广泛应用于超市、大中型商场。

电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。

相比于传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点。

我们所要研究的任务是：基于应变片的电子秤设计，称重范围0～10Kg,满量程量误差不大于 0.005Kg，同时具有自动去皮计算物重，并能计价，具有键盘、显示功能。

3、方案设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。

输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。

我们的设计原则是：采用模块化的设计方法，各模块、部分也尽量应用集成芯片，这样及保证了精度有可使设计简单化。

按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。

其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。

转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。

电子秤模块设计图2.1、传感器的选择传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。

压力传感器测量原理

压力传感器测量原理
压力传感器是一种用来测量物体受到的压力大小的装置。

其工作原理通常基于压力对挠性零件的变形产生影响，进而通过检测变形量来确定压力的大小。

常见的压力传感器原理有以下几种：
1. 应变片原理：压力传感器中的应变片通常由金属薄片组成，当受到外部压力作用时，应变片会发生微小的形变。

这种形变会引起应变片上的电阻值发生变化，传感器测量电路能通过测量电阻的变化来识别压力的大小。

2. 电容原理：电容式压力传感器中的感应电极和固定电极之间的距离与介质的压力大小成反比。

当介质压力改变时，感应电极与固定电极之间的距离发生变化，进而改变了电容值。

通过测量电容值的变化，传感器可以确定压力的大小。

3. 压阻原理：压阻式压力传感器通常采用一种感应材料，当受到压力作用时，该材料的电阻值会发生变化。

通过测量材料电阻的变化，传感器可以获得被测物体的压力信息。

4. 谐振频率原理：谐振频率型压力传感器利用谐振腔体的固有频率与被测介质的压力相关联的特性。

当介质压力改变时，谐振腔体的固有频率也会发生变化。

通过测量固有频率的改变，传感器可以确定被测物体的压力大小。

以上是压力传感器常用的几种原理，不同原理的压力传感器适用于不同的应用场景。

应变片式压力传感器工作原理

应变片式压力传感器工作原理应变片式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。

其工作原理基于材料力学中的应变-应力关系。

应变片式压力传感器的工作原理可以分为两个主要步骤：应变测量和压力计算。

首先，应变片感知物体受力后产生的应变。

应变片是一种特殊的电阻材料，通常由金属或半导体材料制成。

当物体受力时，应变片会发生微小的形变，从而产生应变。

应变片上的电阻值会随着应变的变化而发生相应的变化。

为了测量应变片上电阻的变化，常用的方法是采用电桥电路。

电桥电路由四个电阻组成，其中一个电阻是变化的应变片电阻，其余三个电阻是固定的。

当应变片受到应变时，电桥电路中的电阻差会导致电压差的产生。

这个电压差可以通过测量电桥电路的输出电压来得到。

接下来，根据应变和压力之间的线性关系，可以通过压力传感器的校准曲线来将输出电压转换为压力值。

校准曲线可以通过实验测量获得，将已知压力值与输出电压值进行对应，获得一个压力-电压的关系曲线。

当测量到的输出电压通过校准曲线转换后，就可以得到物体所受的压力值。

应变片式压力传感器的精度和灵敏度主要取决于应变片的材料和几何形状。

常用的应变片材料有金属（如钢、铜、铝）和半导体材料（如硅）。

不同的材料具有不同的力学性质，因此适用于不同范围的压力测量。

此外，应变片的形状和布局也会影响传感器的灵敏度和响应速度。

需要注意的是，应变片式压力传感器在使用过程中还需要考虑温度对其性能的影响。

由于材料的热膨胀性质，温度变化会导致应变片的形变，从而产生误差。

为了解决这个问题，常见的方法是在应变片上加热敏电阻，通过测量电阻值的变化来补偿温度的影响。

应变片式压力传感器通过检测物体受力而产生的应变来测量压力大小。

其工作原理基于应变测量和压力计算两个步骤。

通过测量应变片上电阻的变化，并将输出电压转换为压力值，可以实现对压力的准确测量。

在实际应用中，还需要考虑材料的选择和温度补偿等因素，以提高传感器的性能和精度。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙａｔｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
ｃｏｕｌｄｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｃｏｕｌｄｃａｐｔｕｒｅａｌｍｏｓｔａｌｌｏｆｔｈｅｐｌａｎｔａｒｆｏｒｃｅ；ａｎｄｔｈｅｆｏｒｃｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉ — ｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓ
第３５卷第３期２０１７年３月
敏坂蕾答
ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＥｌＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
Ｖｏ１．３５Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１７
基于应变片式压力传感器的重心测量系统
蔡校蔚，李艺，李娟，李伟达，朱其欢，张宵（苏州大学机电工程学院，江苏苏州２１５０２１）摘要：准确的重心位置对于下肢外骨骼助行机器人的控制具有重要意义。为实现准确快速的重心实
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｅｘ — ｔｒｅｍｉｔｙｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｗａｌｋｉｎｇａｉｄｒｏｂｏｔ．Ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｆａｓｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙ，ａｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒａｉｎｇａｕｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅ — ｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｐｌａｎｔａｒｆｏｒｃｅ０ｆｔｈｅｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｗｅａｒｅｒａｎｄｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ，ａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ
中图分类号：ＴＰ２４２．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１ —２２５７（２０１７）０３—００５８— ０６
ＡＣｅｎｔｅｒｏｆＧｒａｖｉｔｙＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳｔｒａｉｎＧａｕｇｅＰｒｅｓｓｕｒｅＳｅｎｓｏｒ
时测量，提出了一种基于应变片式压力传感器的重心测量方法，并设计了相应的机械结构和处理电路。该
系统能够准确测量出外骨骼机器人与穿戴者构成的人机系统受到的足底反力，并实时计算相应时刻的重心位置。重心测量系统的机械结构可保证压力传感器能够采集到几乎全部的足底反力；力采集电路保证了信
ＣＡＩｘｉａｏｗｅＬＩＹｉ，ＬＩＪｕａｎ，ＬＩＷｅｉｄａ，ＺＨＵＱｉｈｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ
，
ＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｏｃｈｏｗ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５０２１，Ｃｈｉｎａ）
号的精确放大和测量。最后进行了系统标定实验，实验表明，系统在采样频率１。０Ｈｚ时，ｘ向和ｙ向的测
量相对误差均小于２％，能够满足下肢外骨骼助行机器人的控制需求。
关键词：重心测量；压力传感器；压力检测；下肢外骨骼