FSS1500NST触力传感器标定实验研究

刘晓敏　赵云伟　彭贺

摘 要：针对FSS1500NST触力传感器在应用中存在偏差问题，文章在自制的传感器标定实验装置上，利用压力计，采用重物施压的方式进行了传感器标定实验。获得了传感器输出电压值与负载质量的关系，并进行了线性拟合，建立了传感器输出压力的经验公式，为该传感器在气动柔性机械手中的应用奠定了基础。

关键词：触力传感器；标定实验；压力计

前言

随着电子技术的发展，传感器日趋小型化，应用也越加广泛。近年来很多学者都对传感器的标定方法进行了研究，北京航空航天大学提出了一种基于双重交比不变的线结构光视觉传感器的标定方法，解决了传感器三维标定点不易获取的问题，提高了传感器的标定精度[1]。石炳存等人采用万用表和虚拟仪器在线的方法对称重传感器进行了标定，验证使用环境对标定结果的影响[2]。四川大学结合软件开发及应用实际，提出一套基于PC机的通用传感器标定软件构架，针对不同类型、不同特性、不同用途的传感器，软件可以给出针对该传感器对应的最佳拟合算法，从而获得最佳测量精度[3]，天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法，建立了线结构光扫描传感器的数学模型设计了一种传感器标定装置[4]。王金桥等人提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法，建立了线结构光扫描传感器的数学模型[5]。

FSS小型力传感器具有精密可靠、价格低廉、功率小和无放大等特点，可应用于医疗注射泵、丝焊设备和机械手末端触觉等方面。由于使用条件、方式和环境的不同，依据传感器灵敏度值作为输出压力公式进行应用存在偏差，为此进行了传感器的标定实验，以便获得准确的传感器输出压力方程。

1 传感器的工作原理

FSS1500NST触力传感器实物图，如图1所示。外部为不锈钢钢球，内部包含硅敏感芯片。当钢球受压与内部硅敏感芯片接触，导致硅压阻元件受压弯曲时阻值发生变化，桥路各电阻的变化产生对应的电压输出信号（图2）。

2 标定实验与分析

图3为自制的传感器标定实验装置。该装置主要由测力计、数据采集卡、电压放大器、直流源、计算机和施力装置组成。其标定实验原理图，如图4所示。利用施力装置将重物载荷施加给传感器，通过测力计进行重物载荷值校验。传感器输出的电压信号经由放大器放大后，由数据采集卡进行A/D转换后上传到计算机。通过测量引脚2和引脚4的压差，可以确定重物施加的压力（图2）。

施加180g载荷时，通过数据采集卡采集的传感器输出电压信号的采样值，如图5所示。

由传感器给出的灵敏度值，可计算出传感器设计的压力输出曲线（图6）。根据采样点的数目取平均值，可得传感器输出电压值随负载质量的变化，如图6所示。由图中可知，传感器输出的电压值随负载质量增加而增大，并呈线性变化。由灵敏度值得到的传感器压力设计曲线，与实验测得数据存在偏差。经过标定实验拟合的输出力公式可以较好的描述传感器在不同载荷下的特性。

3 结束语

文章设计了一种触力传感器的标定方法，搭建了传感器标定装置，进行了传感器在不同载荷下的标定实验，获得了输出电压与载荷的关系。实验结果表明，传感器输出电压值线性较好，拟合的压力公式可以准确的描述传感器在不同载荷下的特性。

参考文献

[1]魏振忠，张广军，徐园.一种线结构光视觉传感器标定方法[J].机械工程学报，2005，41（2）：210-214.

[2]石炳存，王源水.标定方法对称重传感器标定的影响[J].宁夏工程技术，2005，4（3）：251-252.

[3]何刚，李晋川，黄学进，等.通用传感器标定软件设计与实现[J].实验科学与技术，2009，7（3）：37-39.

[4]段宇，刘常杰，劳达宝，等.基于视觉检测站线结构光传感器的标定方法[J].传感器与微系统，2010，29（4）：126-128.

[5]王金橋，段发阶，伯恩，等.线结构光扫描传感器结构参数一体化标定[J].传感技术学报，2014，27（9）：251-252.