CN113267292A - 一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法和装置，包括：确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示；本发明系统地、精确地根据输入信号指标进行滑觉传感特性指标测量，保证测试结果准确性，交互式操作，简单便捷。

Description

一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法和装置

技术领域

本发明涉及传感器测试及应用领域，尤其涉及一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法和装置。

背景技术

滑觉传感器是一种检测装置，能感受到滑动信息，并能将感受到滑觉信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。在对滑觉传感器性能评估时，需要获得滑觉传感器特性指标。不同滑觉传感器性能指标也有差别，磁致链化触觉传感器作为触觉传感器中的一种，需要对其灵敏度、重复度、检测精度、迟滞特性、力学一致性等传感指标进行测量。滑觉传感器作为一款全新传感器需要一种新的传感特性检测装置及方法来对其传感特性进行测量和评估。传统的传感器监测装置只能对普通的力觉传感器进行检测。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法及装置，主要解决传统测试方法无法适用于与滑觉传感器的检测评估的问题。

为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。

一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，包括：

确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；

对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；

根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

可选地，获取所述重复度指标的实测数据，包括：

在相同测试条件下，获取多组滑觉传感器输出量；

根据多组输出量之间的最大差值与额定输出量的比值，获取所述重复度指标的实测数据。

可选地，所述重复度指标表示为：

其中，δ_R为重复度指标，y_i为第i组输出量，

为从多组输出量中选择的参考量，Y_FS为额定输出量。

可选地，获取所述灵敏度指标的实测数据，包括：

设置施压大小范围，将所述施压大小范围分成多段，分别获取每段施压大小范围对应的一段时间内滑觉传感器输出量的变化量和引起所述输出量变化的施压变化量，根据二者变化量的比值得到灵敏度指标的实测数据。

可选地，获取所述精度指标的实测数据，包括：

以所述施压装置的最小刻度为起点，在所述施压装置整个量程范围内选取多个压力点，记录每个压力点对应的滑觉传感器输出量，根据各输出量的均值确定所述精度指标的实测数据。

可选地，获取所述稳定性指标的实测数据，包括：

对所述滑觉传感器施加固定载荷并保持一段时间，获取在保持时间内输出量的变化范围，得到所述稳定性指标的实测数据。

可选地，获取所述迟滞特性指标的实测数据，包括：

在施压载荷持续增加过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第一输出力信号；

在施压载荷持续减小过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第二输出力信号；

根据所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的相对差值，获取所述迟滞特性指标的实测数据。

可选地，所述迟滞特性指标表示为：

δ_H＝(Δy_max/y_FS)*100％

其中，Δy_max为所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的最大相对差值，y_FS为额定的输出力信号。

一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试装置，包括：

指标选择模块，用于确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；

施压模块，用于对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；

测试数据管理模块，用于根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

可选地，所述测试数据管理模块包括：

重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、主控单元和显示单元；所述重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、显示单元分别与所述主控单元连接；所述主控单元还分别与所述指标选择模块和施压模块连接，将获取的对应待测滑觉传感特性指标的实测数据通过显示模块进行实时显示。

如上所述，本发明一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法和装置，具有以下有益效果。

系统地、精确地根据输入信号指标进行滑觉传感特性指标测量，保证测试结果准确性，交互式操作，简单便捷。

附图说明

图1为本发明一实施例中基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例中重复度指标对应输出量数据图。

图3为本发明一实施例中重复度指标对应输出量曲线图。

图4为本发明一实施例中灵敏度指标对应数据示意图。

图5为本发明一实施例中迟滞特性曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，包括步骤S01-S03。

在步骤S01中，确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标。

在一实施例中，可预先选择待测滑觉传感特性指标，完成指标选择后，系统可根据选择的指标启动对应的测试项。

在步骤S02中，对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量。

在一实施例中，可采用施压装置(如万能压力机)对滑觉传感器进行施压，滑觉传感器在外力作用下发生形变，导致电阻变化，得到对应的输出量。

在步骤S03中，根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

在一实施例中，重复度指标测试：

重复性又称重复性误差，指在相同载荷、相同环境下，连续数次试验所得传感器输出读数之间的差。因此计算时只要把这连续数次试验所得传感器输读数之间最大差与额定输出信号值之比即为重复性误差。由此可见，重复性误差越小，说明传感器的重复性越好。一款传感器重复性指标反映的是一种内部机理缺陷所导致的误差。倘若传感器重复性不好，使用过程中会导致同载荷信号差异大，只有当传感器的重复度在一个合理的范围，才能保证压阻信号的一致性。重复度实验采用相同的位移时间曲线进行实验。重复度测量模型可以表示为：

其中，δ_R为重复度指标，y_i为第i组输出量，

为从多组输出量中选择的参考量，Y_FS为额定输出量。

图2为6组实测输出量，根据图2的输出量可得到图3中所示的滑觉传感器重复度曲线，从滑觉传感器重复度曲线中分析可知传感器的力阻变化趋势基本一致，随着试验次数的增加，电阻会有一定的波动(波动范围在0-0.3兆欧之间)，这种波动可初步判定为压力机中加载电机运转中的抖动和制造工艺造成。根据滑觉传感器重复度定义进行精确测量，进而实现对滑觉传感器重复度进行评估。

在一实施例中，灵敏度指标测试：

灵敏度指传感器输入信号和输出信号之间的变化关系。当传感器处于稳态时，传感器输出信号(电阻)变化量与引起此时输出信号变化的输入信号(力)变化量之比。传感器在稳态工作情况下输出量变化△y(电阻)对输入量变化△x(力)的比值，即输出、输入量的量纲之比。传感器灵敏度也可以用输出与输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间呈线性关系，则灵敏度S是一个近似常数，否则它将随输入量的变化而变化。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为变化倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。灵敏度指标可以表示为：

请参阅图4，灵敏度测试可采用以上模型计算方式进行计算，测试分成初段灵敏度、中段灵敏度及末段灵敏度测试。本次滑觉传感器设计测量范围是0-5N，分为三段，初段是0-1.6N，中段是1.6-3.2N，末段是3.2-5.0N，在初段范围内以0.02N梯次增加，初段电阻平均变化率是0.0338兆欧；在中段范围内以0.02N的力梯次增加，中段电阻平均变化率0.0308兆欧；在末段范围内以0.02N的力梯次增加，末段电阻平均变化率0.0294兆欧；可以得到初段平均灵敏度是1.69，中段平均灵敏度是1.54，末段平均灵敏度是1.47，平均灵敏度是1.56。由实验可知传感器灵敏度随着压缩量和力的增加灵敏度有所下降。

在一实施例中，精度指标测试：

精度指传感器可感知输入信号的最小变化的能力。如果输入量从某一非零值缓慢地变化，当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，传感器不能识别输入信号。只有当输入量大于最小精度时，才会有信号输出。精度除了可以理解为能感知的最小变化以外，还会受到A/D转换精度的影响，而精度通常指A/D、传感电路、其它因素等综合因素，误差除以显示所得的百分比。

在一实施例中，以施压装置的最小刻度为起点，在所述施压装置整个量程范围内选取多个压力点，记录每个压力点对应的滑觉传感器输出量，根据各输出量的均值确定所述精度指标的实测数据，具体地，可取压力机的最小刻度值0.001N进行压力测试，在整个量程内取十个点进行测量求平均值，最后测得平均精度。

在一实施例中，稳定性指标测试：

传感器的稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分，指在其正常的工作环境下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年、传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。传感器使用一段时间后，其性能不衰减或者衰减较小的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身材料和结构外，主要与传感器的使用环境有关。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。

在一实施例中，稳定性测量点分为三点，初始点、中间点和末尾点，传感器接通电源以后除初始预压以外再给定一个载荷，这时保持载荷不变直至测量结束，实时记录电阻值的变化。

从稳定性输出图中可以看出滑觉传感器的压阻稳定性随着时间的变长出现了衰减的情况，但变化范围较小。

在一实施例中，迟滞特性测试：

在一实施例中，在施压载荷持续增加过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第一输出力信号；在施压载荷持续减小过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第二输出力信号；根据所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的相对差值，获取所述迟滞特性指标的实测数据。

具体地，迟滞特性也叫迟滞性误差，迟滞特性能反应传感器在正向(输入量增大)行程和反向(输入量减小)行程期间，加载和卸载特性曲线不重合的程度。请参阅图5，把输入信号压缩量作为X轴，在压缩量随着时间连续增大的行程中，对应的输出量力信号增加，当达到一定量程压缩量以后，压缩量减小力曲线连续减小，对应相同压缩曲线下的加载力信号和卸载力信号的差值叫迟滞现象。迟滞性误差反映的是传感特性的主要指标之一，误差的大小直接决定传感器的卸载精确度，在传感器的生产过程中必须减小或消除影响迟滞特性。迟滞特性模型可以表示为：

δ_H＝(Δy_max/y_FS)*100％

其中，Δy_max为所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的最大相对差值，y_FS为额定的输出力信号。

根据滑觉传感器迟滞性定义进行精确测量，进而实现对滑觉传感器迟滞性进行评估。

本实施例中还提供了一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试装置，用于执行前述方法实施例中所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法。由于装置实施例的技术原理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。

在一实施例中，基于磁致效应的滑觉传感特性测试装置，包括：

指标选择模块，用于确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；

施压模块，用于对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；

测试数据管理模块，用于根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

可选地，所述测试数据管理模块包括：

重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、主控单元和显示单元；所述重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、显示单元分别与所述主控单元连接；所述主控单元还分别与所述指标选择模块和施压模块连接，将获取的对应待测滑觉传感特性指标的实测数据通过显示模块进行实时显示。

在一实施例中，通过指标选择模块确定检测指标，检测指标的确定有助于对硬件输入端进行设计和规划。

检测指标主要分为稳定性、灵敏度、精度、重复度和迟滞特性；

在一实施例中，测试数据管理模块主要的作用是对输入信号进行解算控制，从而得到传感特性评估值；其中测试数据管理模块可采用一个C51单片机和数个接线端子组成；

在一实施例中，显示单元主要由一块显示屏组成，通过该显示屏可以输入检测指标和显示输出检测曲线和系数；

在一实施例中，施压模块主要由万能压力机及导电垫片组成。

稳定性指标计算单元主要对多次检测信号进行稳定性计算和评估；

精度指标计算单元主要对最小精度信号进行精度计算和评估；

重复度指标计算单元主要对拟合曲线进行重复度计算和评估；

灵敏度指标计算单元主要是对传感器输出量的变化量和引起输出量变化的施压变化量之间的比值进行计算和评估。

通过各模块配合交互，能够系统的、精确地根据输入信号指标进行滑觉传感特性指标进行测量，使滑觉传感特性检测装置和方法实现了从无到有的突破，对传感领域的发展有重大意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，包括：

确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；

对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；

根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

2.根据权利要求1所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，获取所述重复度指标的实测数据，包括：

在相同测试条件下，获取多组滑觉传感器输出量；

根据多组输出量之间的最大差值与额定输出量的比值，获取所述重复度指标的实测数据。

3.根据权利要求2所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，所述重复度指标表示为：

其中，δ_R为重复度指标，y_i为第i组输出量，

为从多组输出量中选择的参考量，Y_FS为额定输出量。

4.根据权利要求1所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，获取所述灵敏度指标的实测数据，包括：

设置施压大小范围，将所述施压大小范围分成多段，分别获取每段施压大小范围对应的一段时间内滑觉传感器输出量的变化量和引起所述输出量变化的施压变化量，根据二者变化量的比值得到灵敏度指标的实测数据。

5.根据权利要求1所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，获取所述精度指标的实测数据，包括：

以施压装置的最小刻度为起点，在所述施压装置整个量程范围内选取多个压力点，记录每个压力点对应的滑觉传感器输出量，根据各输出量的均值确定所述精度指标的实测数据。

6.根据权利要求1所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，获取所述稳定性指标的实测数据，包括：

对所述滑觉传感器施加固定载荷并保持一段时间，获取在保持时间内输出量的变化范围，得到所述稳定性指标的实测数据。

7.根据权利要求1所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，获取所述迟滞特性指标的实测数据，包括：

在施压载荷持续增加过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第一输出力信号；

在施压载荷持续减小过程中，获取所述滑觉传感器的压缩量对应的第二输出力信号；

根据所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的相对差值，获取所述迟滞特性指标的实测数据。

8.根据权利要求7所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试方法，其特征在于，所述迟滞特性指标表示为：

δ_H＝(Δy_max/y_FS)*100％

其中，Δy_max为所述第一输出力信号与所述第二输出力信号的最大相对差值，y_FS为额定的输出力信号。

9.一种基于磁致效应的滑觉传感特性测试装置，其特征在于，包括：

指标选择模块，用于确定待测滑觉传感特性指标，其中，所述待测滑觉传感特性指标包括：重复度指标、灵敏度指标、稳定性指标、精度指标、迟滞特性指标；

施压模块，用于对滑觉传感器施压，获取所述滑觉传感器输出量；

测试数据管理模块，用于根据施压大小以及所述输出量，获取对应待测滑觉传感特性指标的实测数据并实时显示。

10.根据权利要求9所述的基于磁致效应的滑觉传感特性测试装置，其特征在于，所述测试数据管理模块包括：

重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、主控单元和显示单元；所述重复度指标计算单元、灵敏度指标计算单元、稳定性指标计算单元、精度指标计算单元、迟滞特性指标计算单元、显示单元分别与所述主控单元连接；所述主控单元还分别与所述指标选择模块和施压模块连接，将获取的对应待测滑觉传感特性指标的实测数据通过显示模块进行实时显示。

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