詳談多維力傳感器的串?dāng)_、精度和準(zhǔn)度

文章出處：創(chuàng)始人人氣：發(fā)表時(shí)間：2024-10-15 09:38:22

比較優(yōu)秀的串?dāng)_指標(biāo)在1%FS左右，2~5%FS比較常見。串?dāng)_指標(biāo)用來(lái)衡量多維力傳感器各測(cè)量方向間的耦合影響，可以反映測(cè)量誤差水平，是體現(xiàn)產(chǎn)品性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。那么串?dāng)_究竟是什么呢？請(qǐng)看這張表格：

1015圖1

以六維力傳感器為例。分別對(duì)六維力傳感器的六個(gè)測(cè)量方向精確加載至各自的額定載荷，記錄六個(gè)方向的測(cè)量結(jié)果，就做成了這個(gè)表格。載荷組1中，僅僅對(duì)Fx方向加載到額定載荷，并且假設(shè)加載方向和載荷值是非常準(zhǔn)確的，所以Fx是100%FS，其它方向是0%FS。表格右側(cè)Fy、Fz、Mx、My、Mz的測(cè)量結(jié)果就是在Fx作用下的串?dāng)_。因?yàn)榇藭r(shí)Fy、Fz、Mx、My、Mz的理論真值都是0。Fy、Fz、Mx、My、Mz測(cè)量結(jié)果就體現(xiàn)了Fx對(duì)其它五個(gè)測(cè)量方向的耦合干擾情況。同理，載荷組2~6中的測(cè)量結(jié)果，分別體現(xiàn)了在單獨(dú)加載Fy、Fz、Mx、My、Mz時(shí)，各自對(duì)其它測(cè)量方向造成的耦合干擾情況。多維力傳感器的廠商往往選擇表格中的最大串?dāng)_值作為其datasheet中的串?dāng)_指標(biāo)。比如，這張表格中的2.9%是串?dāng)_結(jié)果的最大值，就可以在產(chǎn)品手冊(cè)里寫“串?dāng)_≤3%”。大家有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于六維力傳感器，如果對(duì)其Fx方向不加載，對(duì)其它五個(gè)加載到100%FS，那此時(shí)Fx的輸出結(jié)果會(huì)是其它五個(gè)方向串?dāng)_結(jié)果的疊加嗎？也就是表格右側(cè)測(cè)試結(jié)果第一列2~6行結(jié)果的疊加嗎？

我們的經(jīng)驗(yàn)是，此時(shí)Fx的輸出結(jié)果，大概率不是其它五個(gè)方向?qū)x串?dāng)_結(jié)果的疊加。但此時(shí)Fx的輸出結(jié)果往往要大于產(chǎn)品datasheet中的串?dāng)_指標(biāo)。

1015主圖2

多維力傳感器精度衡量的是測(cè)量結(jié)果之間的重復(fù)性。其檢定方法是，在相同環(huán)境條件下，在額定載荷范圍內(nèi)，進(jìn)行多次重復(fù)聯(lián)合加載相同一組載荷后，計(jì)算得到的傳感器測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差，并除以量程。

多維力傳感器準(zhǔn)度衡量的是測(cè)量結(jié)果與理論真值的偏離程度。其獲得的方法是，對(duì)傳感器進(jìn)行多組多維聯(lián)合加載，計(jì)算得到的傳感器測(cè)量值與所加載荷理論真值之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并除以量程。

精度和準(zhǔn)度的檢定過(guò)程中，都需要對(duì)多維力傳感器以其最高測(cè)量維度進(jìn)行聯(lián)合加載。例如，對(duì)于六維力傳感器，每組檢驗(yàn)載荷都必須是Fx、Fy、Fz、Mx、My及Mz的隨機(jī)組合。這樣獲得的精度和準(zhǔn)度，可以很清晰的評(píng)價(jià)傳感器各測(cè)量方向在量程范圍內(nèi)的測(cè)量誤差水品，比串?dāng)_指標(biāo)更為實(shí)用。舉個(gè)例子，如果說(shuō)六維力傳感器產(chǎn)品的準(zhǔn)度優(yōu)于0.5%FS，對(duì)于Fx的測(cè)量結(jié)果，在測(cè)量過(guò)程中不論Fy、Fz、Mx、My及Mz以什么樣比例和絕對(duì)值對(duì)Fx進(jìn)行干擾，F(xiàn)x的測(cè)量結(jié)果與理論真值的偏差在0.5%FS以內(nèi)。對(duì)于其它五分方向來(lái)說(shuō)也是如此。準(zhǔn)度其實(shí)涵蓋了滯后、線性、蠕變等誤差因素，更能體現(xiàn)產(chǎn)品的綜合性能，是多維力傳感器最為核心的技術(shù)指標(biāo)之一。

精度準(zhǔn)度圖_1