[發明專利]一種空間三維高精度機械式微力傳感器

有效

• 申請號: 201210465456.6
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102998038A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 朱大昌;馮文結;崔祥府
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種空間三維高精度機械式微力傳感器

背景領域

具有高精度空間多維微力傳感器在現代工業和科研領域占有重要地位，是現代制造業中實現智能化的一個重要環節。它直接影響精密控制系統，MEMS系統及汽車安全系統的性能?？臻g多維微力傳感器在微夾持工具，掃描電鏡，原子力顯微鏡，摩擦力顯微鏡，微精密裝配作業控制系統，航空航天，生物醫學工程等尖端領域中有著廣泛的應用前景。隨著MEMS系統，力學顯微技術，精密控制等高端技術的飛速發展，對空間多維精密微力傳感器的需求越來越迫切。精密控制系統中必須具有重復測量精度為0.1微牛頓，分辨率達到0.01微牛頓空間多維微力傳感器。在MEMS中，隨著微型化精密化程度的提高，一些產品在加工控制過程中由于精密度苛刻要求需要研制高精度的數據采集的傳感器作為其控制的基礎和支撐。實現微牛頓級的測量精度，常規的力傳感器很難能達到要求。例如，在原子力學顯微鏡中測量精度達到幾十納牛頓，通常采用MEMS工藝制作惠斯通電橋，該電橋應變系數較大，對微力的放大效果和測量精度雖然在理想情況下能達到要求，然而該類傳感器是由電氣元件組成的，受溫度、噪聲等環境條件的影響較大，穩定性較差。目前這類空間多維的微力傳感器主要采取單維微力傳感檢測或者多電路的堆積式組成結構形式，由于存在空間耦合作用，使得測量的精度達不到檢測要求，難以達到微型化量程，且集成化程度較低。本發明所涉及的空間三維高精度機械式微力傳感器是一種以柔順并聯機構為載體的機械式傳感器，對環境變化的敏感性較小、穩定性高，并可實現空間三維高精度微力測量。

發明內容

為了克服上述的不足，本發明提供一種具有空間三維高精度機械式微力傳感器。

本發明克服上述不足所采用的技術方案是：空間三維高精度機械式微力傳感器主要由柔順并聯機構模塊，硅基應變片模塊和多維力融合處理模塊所組成。柔順并聯機構力感應平臺4在收到待檢測力T的作用下，通過柔性并聯機構部分的柔性鉸鏈傳遞到硅基應變片3上，硅基應變片在受到柔性支鏈傳遞來的力后發生彈性變形，通過傳感調理電路將形變量轉化成了電壓信號，傳遞到多維力融合處理器中，將三個不同的硅基應變片模塊傳遞來的電壓信號通過融合算法，計算并輸出所檢測的外力T的大小及方向，達到微力傳感檢測的目的。本發明在技術實現過程中主要依據力在柔順并聯機構傳遞中的特性，并采用融合算法來實現。融合算法的核心則為柔順并聯機構的動力學方程，根據應變片的彈性變形，采取柔順并聯機構動力學逆解求出感應平臺所檢測的外力。

[G^H]^TT＝F????(1)

[G^H]——力的影響系數；

T——動平臺受的待測外力；

F——硅基迎應變片受的彈力(相當于柔順并聯機構的驅動力)

a1f1f2f3=a2[0]3×6f---(2)]]>