基于LabVIEW的应变式力传感器动态特性及动态测量平台的研究

论文摘要

传感器动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性,动态特性指标可分为时间域指标和频率域指标。在动态力测量中，如果力传感器的动态性能不理想,就无法快速、无失真的再现力值信号随时间变化的规律,这将带来较大的测量误差。为此,需要研究力传感器的动态特性以及改善动态特性的方法,搭建动态力测量平台。本文针对冲击力测量的需要,对不同结构的应变式力传感器的动态特性进行了研究。基于LabVIEW设计了力传感器动态测量仿真系统。在仿真研究的基础上,设计了应用于实际的力传感器动态测量平台。该平台山应变式力传感器、数据采集模块、系统辨识模块、动态补偿模块和线性插值模块组成,用于测量落锤式冲击力标准装置产生的标准冲击力。实验证明：该平台拓宽了系统的工作频带,改善了系统的动态性能,减小了动态误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究背景、意义及目的
• 1.2 目前国内外的研究现状
• 1.3 本文的研究内容和论文安排
• 第2章 传感器动态数学模型建立方法的分析研究
• 2.1 机理分析法建模
• 2.2 系统辨识法建模
• 2.2.1 系统输入输出数据
• 2.2.2 系统模型类和模型选择准则
• 2.2.2.1 非参数模型
• 2.2.2.2 多项式模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 动态补偿理论和方法的分析研究
• 3.1 传感器动态误差的研究
• 3.1.1 无失真传输
• 3.1.2 传感器动态误差产生的原因
• 3.2 提高传感器动态特性的方法
• 3.2.1 动态误差修正
• 3.2.2 动态特性补偿
• 3.2.2.1 动态特性补偿的原理
• 3.2.2.2 动态补偿环节的设计
• 3.2.2.3 动态补偿环节的实现
• 3.2.2.4 数字滤波器的设计与分析
• 3.2.2.4.1 无限冲击响应（IIR）数字滤波器
• 3.2.2.4.2 有限冲击响应（FIR）数字滤波器
• 3.2.2.4.3 IIR滤波器与FIR滤波器的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 动态力测量的仿真研究
• 4.1 概述
• 4.2 仿真平台的设计与仿真实验
• 4.2.1 仿真激励信号模块的设计
• 4.2.2 力传感器仿真模型的设计
• 4.2.3 系统辨识模块的设计
• 4.2.3.1 脉冲响应估计
• 4.2.3.2 ARX模型估计
• 4.2.3.3 模型验证
• 4.2.4 动态补偿模块的设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 力传感器动态测量平台的设计与研究
• 5.1 应变式力传感器
• 5.2 数据采集模块的设计
• 5.2.1 信号调理电路
• 5.2.2 数据采集程序
• 5.3 数据分析与处理环节的设计
• 5.4 系统辨识模块与动态补偿模块的设计
• 5.5 线性插值模块的设计
• 5.6 力传感器动态性能测试
• 5.7 力传感器动态测量平台
• 5.7.1 平台的设计
• 5.7.2 实验步骤与结果
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文