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STM32F429IGT6应变片式力传感器智能化测量系统

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楼主: arduino999
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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:04 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:06 | 只看该作者
该智能化力测量系统在 200N 量程范围内可以表现出较好综合性能,有比较
好的温度抗干扰能力,受限于实验室条件以及温度箱尺寸等,未对该智能化测量
系统做量程 200N 以上的力实验。后续工作也可通过增加弹性体厚度等方式扩大
该传感器的量程范围,参考量程 200N 的实验方法及分析过程,继续补充量程大
于 200N 的传感器的实验来探究该智能化测量系统在大于 200N 力的情况下的特
性并展开相关研究,扩大该传感器的适用范围。
同样受限于实验器材及环境因素,在本课题中还存在其他可以改进的地方,
比如在温度补偿的二维标定实验中,温度最低只能设定在室温条件下,可以拓展
温度下限,那样传感器的使用范围就更宽泛了。另外,可以将传感器的尺寸进一
步缩小以满足小型化的要求,在后续的研究工作中,也可以尝试使用其他的算法
模型(例如 PSO–BP、GA-LSSVM 等)对传感器进行温度补偿。

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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:06 | 只看该作者
总结:

(1)简要介绍了常用的电阻应变片的区别,并详细说明了金属箔式应变片
力传感器的工作原理。
(2)通过对比分析后将 40CrNiMo 合金作为弹性体材料,然后用 ANSYS
软件做了不同厚度的悬臂梁式与双端固支式的弹性体模型在不同力下的仿真处
理,设计了合适厚度的悬臂梁式结构的弹性体。继续使用 ANSYS 软件在弹性体
上不同位置进行开孔做分析对比,选择了比较合适的开孔位置以及开孔直径。最
后通过在上述结构基础上的两个孔之间用不同厚度的长方体空洞进行连接,构造
了符合设计要求双孔双梁式悬臂梁结构。
(3)为传感器设计了一个高稳定度的稳压电源。
(4)为了使得传感器与放大器阻抗匹配,设计了一个仪表放大器代替实验
器材中自带的差动放大器。
(5)由于应变片式力传感器容易受到温度的影响,因此对该传感器的温度
补偿是非常有必要的,本文利用遗传算法(GA)与 BP 神经网络相结合的软件补偿
模型(GA&BP)对传感器进行温度补偿。研究结果表明,补偿后的传感器零位
温度系数(α 0 ) 由 1.74×10 -3 /℃提升至 7.71×10 -5 /℃,提高了两个数量级,灵敏度温
度系数(α s ) 由 2.17×10 -3 /℃提升至 1.03×10 -4 /℃,提高了一个数量级,从而证明了
GA&BP 算法的温度补偿模型可以有效提高该传感器的温度稳定性。
(6)用 STM32F429IGT6 单片机搭建了完整的智能化测量系统,首先设计
了可供整套系统使用的直流稳压电源,然后对温度传感器模块、A/D 模数转换模
块、报警模块、LCD 显示模块、串口通信模块、蓝牙模块进行软硬件设计,最
后温度以及预测力值可在 LCD 显示屏或安卓系统的手机 App 上进行查看。

(7)通过标定实验数据计算了该智能化力测量系统的静态性能指标,如线
性度、重复性、迟滞、精度。结果表明该智能化测量系统的性能比较优异。

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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:08 | 只看该作者
重复性计算:

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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:11 | 只看该作者
迟滞性:

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arduino999|  楼主 | 2021-6-8 09:13 | 只看该作者
精度:

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GREENjim| | 2021-6-8 09:21 | 只看该作者
这种用恒流驱动 才会准吧?

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