一种嵌入式应力传感器标定方法与流程

本发明属于传感与测控，具体涉及一种嵌入式应力传感器标定方法。

背景技术：

1、随着工业自动化及智能化程度的不断发展，对设备重要承载杆件应力监测的需求也变得越来越强烈。传统应力传感器多采用串联接入或表面粘贴的安装方式，存在结构变更降低承载可靠性及干扰弯矩影响测量准确性等缺点。嵌入式应力传感器安装深入至杆件中性轴，在不改变系统原有结构的前提下，排除了弯矩对传感器测量的干扰。嵌入式应力传感器在工作过程中随杆件受力而形变，通过压阻效应原理测量形变大小，获知杆件应力状态。其在杆件孔中安装完成后，需要对其进行标定，以获得传感器输出的准确值。

2、目前力传感器标定方法通常采用力加载机，力加载机是竖直方向的拉伸或压缩加载，加载点为杆件长轴的两端。若利用力加载机标定嵌入式应力传感器，需将杆件竖直放置，此时杆件的自重将影响应力载荷的分布，使传感器真实零点难以确定，引入的标定误差影响测量准确性。此外，利用力加载机标定嵌入式应力传感器，标定点离散有限，且安装过程繁琐，制约传感器标定效率。

3、针对上述问题，本发明提出了一种嵌入式应力传感器标定方法，能够使杆件处于水平放置状态以避免标定误差，对杆件施加的拉压力精度高、稳定性好且数值可调，标定点连续无限制，能够准确、可靠、高效地完成对嵌入式应力传感器的标定工作。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有竖直标定方法误差大、标定点离散有限和安装繁琐等问题，发明了一种嵌入式应力传感器标定方法。嵌入式应力传感器安装在杆件孔中，杆件通过专用夹具水平固定在标定台上，采用高精度液压装置作为力源对杆件水平拉压加载，并根据拉压力传感器的输出值完成对嵌入式应力传感器的标定。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种嵌入式应力传感器标定方法，利用高精度液压装置作为力源，配合液压缸、专用夹具等模块，对杆件施加稳定精确、连续可调的拉压载荷；拉压力传感器串接在液压缸与杆件之间，嵌入式应力传感器安装在杆件孔中，两者均随杆件受载而变形并输出电信号；最终根据拉压力传感器的输出值对嵌入式应力传感器进行标定。该标定方法具体包括以下步骤：

4、1)标定装置主体结构模块的搭建

5、首先利用螺栓将液压缸座f、导轨底座j、杆件底座p依次固定于支撑平台e的三对螺孔中；再利用螺栓将液压缸g与液压缸座f固定；通过连接螺柱将拉压力传感器h左端与液压缸g伸缩杆相连接；然后将杆件l右端嵌入杆件底座p凹槽中，并置于导轨底座j上，再将预先旋入杆件l左端螺孔中的连接螺柱旋出，与拉压力传感器h右端相连接；利用螺栓将杆件l与杆件底座p固定；最后将导轨k扣在杆件l上，并利用螺栓与导轨底座j固定。

6、2)标定装置液压加载模块的搭建

7、首先将高精度液压泵b的一个输出口通过油管c与换向阀d的进油口相连接，其另一输出口安装压力表a；再将液压缸g的两个油口通过油管c分别与换向阀d的两个工作口连接；最后将油箱r通过油管c与换向阀d的出油口连接。

8、3)标定装置信号采集模块的搭建

9、首先将拉压力传感器h的两根电源线分别连接直流稳压电源n的正负极，其信号输出线分别连接数字万用表m的正负表笔；再将采集器o的两根电源线分别连接直流稳压电源n的正负极，其信号输出线分别连接数字万用表m的正负表笔；最后使用220v交流电分别为直流稳压电源n及数字万用表m供电。

10、4)嵌入式应力传感器的标定

11、首先安装嵌入式应力传感器q至杆件l的螺纹锥孔中，并将其信号线与采集器o的输入端连接；检查所有设备及线路安全无误后，接通总电源；将高精度液压泵b设置为初始状态，使标定装置加载力为零，确保拉压力传感器h输出信号处于零点，并通过采集器o上的按钮将嵌入式应力传感器q输出信号重置为零；标定时，首先利用高精度液压泵b对杆件l加载压力，直至拉压力传感器h输出信号至极值后卸载，切换换向阀d的档位，再次加载拉力至极值后卸载；加载过程中数字万用表m实时记录拉压力传感器h和嵌入式应力传感器q的电压信号波形曲线，通过拉压力传感器h的量程以及与之对应的输出信号范围换算得到两曲线各点力值，进而根据力值与嵌入式应力传感器q输出的电压值的线性关系计算出标定值，并写入采集器o中，完成嵌入式应力传感器q的标定；最后可用同样的方法，通过高精度液压泵b对杆件l逐级加卸载拉压力，从而测试嵌入式应力传感器q的线性度等参数。

12、本发明的有益效果为：本发明可用于标定嵌入式应力传感器，能够使杆件处于水平放置的状态，避免杆件自重引起的标定误差，保证测量准确性；本发明对杆件的加载力值精细度高、稳定性好，调节范围大，且拉压加载切换方便；本发明在标定过程中可实时读取各个所需数值，能够准确、可靠、高效地完成对嵌入式应力传感器的标定工作。

技术特征：

1.一种嵌入式应力传感器标定方法，其特征在于，该方法基于一种标定装置实现，该装置包括主体结构模块、液压加载模块和信号采集模块，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种嵌入式应力传感器标定方法，属于传感与测控技术领域。该方法首先搭建一套标定装置，将高精度液压泵作为力源，配合液压缸、专用夹具等模块，对杆件施加稳定精确、连续可调的拉压载荷；将拉压力传感器串接在液压缸与杆件之间，嵌入式应力传感器安装在杆件孔中，随杆件受载而变形并输出电信号；嵌入式应力传感器安装调试完成后，对杆件进行拉压力的加载与卸载，最终根据拉压力传感器的输出信号对嵌入式应力传感器进行标定。本发明能够使杆件处于水平放置状态以避免标定误差，对杆件施加的拉压力精度高、稳定性好且数值可调，标定点连续无限制，能够准确、可靠、高效地完成对嵌入式应力传感器的标定工作。

技术研发人员：王志明,王大志,陈相吉,郑晓虎,丁召荣,刘明,谢明军,马韬,张森,刘梦哲,何建峰,唐一鸣
受保护的技术使用者：西安铁路信号有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13