FSS1500NST觸力傳感器標定實驗研究

劉曉敏　趙云偉　彭賀

摘 要：針對FSS1500NST觸力傳感器在應用中存在偏差問題，文章在自制的傳感器標定實驗裝置上，利用壓力計，采用重物施壓的方式進行了傳感器標定實驗。獲得了傳感器輸出電壓值與負載質量的關系，并進行了線性擬合，建立了傳感器輸出壓力的經驗公式，為該傳感器在氣動柔性機械手中的應用奠定了基礎。

關鍵詞：觸力傳感器；標定實驗；壓力計

前言

隨著電子技術的發展，傳感器日趨小型化，應用也越加廣泛。近年來很多學者都對傳感器的標定方法進行了研究，北京航空航天大學提出了一種基于雙重交比不變的線結構光視覺傳感器的標定方法，解決了傳感器三維標定點不易獲取的問題，提高了傳感器的標定精度[1]。石炳存等人采用萬用表和虛擬儀器在線的方法對稱重傳感器進行了標定，驗證使用環境對標定結果的影響[2]。四川大學結合軟件開發及應用實際，提出一套基于PC機的通用傳感器標定軟件構架，針對不同類型、不同特性、不同用途的傳感器，軟件可以給出針對該傳感器對應的最佳擬合算法，從而獲得最佳測量精度[3]，天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室提出了一種線結構光掃描傳感器結構參數一體化現場標定的新方法，建立了線結構光掃描傳感器的數學模型設計了一種傳感器標定裝置[4]。王金橋等人提出了一種線結構光掃描傳感器結構參數一體化現場標定的新方法，建立了線結構光掃描傳感器的數學模型[5]。

FSS小型力傳感器具有精密可靠、價格低廉、功率小和無放大等特點，可應用于醫療注射泵、絲焊設備和機械手末端觸覺等方面。由于使用條件、方式和環境的不同，依據傳感器靈敏度值作為輸出壓力公式進行應用存在偏差，為此進行了傳感器的標定實驗，以便獲得準確的傳感器輸出壓力方程。

1 傳感器的工作原理

FSS1500NST觸力傳感器實物圖，如圖1所示。外部為不銹鋼鋼球，內部包含硅敏感芯片。當鋼球受壓與內部硅敏感芯片接觸，導致硅壓阻元件受壓彎曲時阻值發生變化，橋路各電阻的變化產生對應的電壓輸出信號（圖2）。

2 標定實驗與分析

圖3為自制的傳感器標定實驗裝置。該裝置主要由測力計、數據采集卡、電壓放大器、直流源、計算機和施力裝置組成。其標定實驗原理圖，如圖4所示。利用施力裝置將重物載荷施加給傳感器，通過測力計進行重物載荷值校驗。傳感器輸出的電壓信號經由放大器放大后，由數據采集卡進行A/D轉換后上傳到計算機。通過測量引腳2和引腳4的壓差，可以確定重物施加的壓力（圖2）。

施加180g載荷時，通過數據采集卡采集的傳感器輸出電壓信號的采樣值，如圖5所示。

由傳感器給出的靈敏度值，可計算出傳感器設計的壓力輸出曲線（圖6）。根據采樣點的數目取平均值，可得傳感器輸出電壓值隨負載質量的變化，如圖6所示。由圖中可知，傳感器輸出的電壓值隨負載質量增加而增大，并呈線性變化。由靈敏度值得到的傳感器壓力設計曲線，與實驗測得數據存在偏差。經過標定實驗擬合的輸出力公式可以較好的描述傳感器在不同載荷下的特性。

3 結束語

文章設計了一種觸力傳感器的標定方法，搭建了傳感器標定裝置，進行了傳感器在不同載荷下的標定實驗，獲得了輸出電壓與載荷的關系。實驗結果表明，傳感器輸出電壓值線性較好，擬合的壓力公式可以準確的描述傳感器在不同載荷下的特性。

參考文獻

[1]魏振忠，張廣軍，徐園.一種線結構光視覺傳感器標定方法[J].機械工程學報，2005，41（2）：210-214.

[2]石炳存，王源水.標定方法對稱重傳感器標定的影響[J].寧夏工程技術，2005，4（3）：251-252.

[3]何剛，李晉川，黃學進，等.通用傳感器標定軟件設計與實現[J].實驗科學與技術，2009，7（3）：37-39.

[4]段宇，劉常杰，勞達寶，等.基于視覺檢測站線結構光傳感器的標定方法[J].傳感器與微系統，2010，29（4）：126-128.

[5]王金橋，段發階，伯恩，等.線結構光掃描傳感器結構參數一體化標定[J].傳感技術學報，2014，27（9）：251-252.