电阻应变片式六维力传感器动态耦合特性研究

针对动载工作环境下，因耦合误差导致六维力传感器测量精度急剧下降的现实。本项目基于能量观点，运用克希霍夫弹性薄板理论，描述弹性体的动力学行为；通过构建与机械能对应的泛函，依据泛函驻值条件，求解弹性体动态特征参数；基于能量分配原理，研究动态耦合关系和误差形成过程。与基于牛顿力学和材料力学的建模方法相比，本项目的方法具有更强的概括性和通适型，更好地刻画了弹性体动力学行为的本质和动态耦合关系，克服了求解多维偏微分方程带来的技术困难。本项目提出的"六维力传感器动态标定实验台"的技术方案，采用电磁或压电陶瓷驱动技术，产生频率和幅度连续可控的谐波激励力，对传感器工作频带范围内的动态耦合特性实现逐点扫描，以直观、透明的方式精确地揭示其动态耦合关系。项目的理论研究成果为弹性体动态结构优化，以及动态解耦在线、实时的实现，奠定了坚实的理论基础；全新的实验手段，为传感器动态性能测试和标定提供了必要条件。

电阻应变片六维力传感器通常采用组合梁的整体结构，六个方向作用力和六个通道输出信号间不可避免地存在耦合关系。滤除耦合信号获得某一方向作用力和该方向输出信号间的对应关系，不仅是电阻应变片六维力传感器的关键技术问题，更涉及一系列科学问题。本项目采取弹性体结构分解法，运用弹性力学理论，系统地研究了六维力传感器的静力学和动力学特性，获得了静力学和动力学耦合特征的解析解，从理论上揭示了六维力传感器维间静态和动态耦合关系，为电阻应变片六维力传感器动态解耦在理论上提供了明确的指向。在此基础上，通过合理简化六维力传感器动态耦合关系解析解，获得了动态耦合主要成分的关系式，为六维力传感器动态特性优化设计和解耦算法设计奠定了坚实的理论基础。鉴于谐波激励法测试多维力传感器动态特性的独特优势，本项目研制了六维力传感器动态标定实验台。利用该实验台全面测试了电阻应变片六维力传感器动态特性，并分别运用盲信号和ICA理论，详细研究了电阻应变片六维力传感器动态解耦方法。本项目的主要研究成果收录于《电阻应变片六维力传感器动态耦合特性研究》的学术专著中。