用于生物力学测量的新型电容式三维力传感器

• 作者: 杨述焱 孙东杰 李丹若 宋爱国
• 来源期刊: 计量学报
• 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
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 页码范围: 495-502
• 页数: 8页
• 分类号: TB931
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.04.14

摘要

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±200 N,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％.