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详谈多维力传感器的串扰、精度和准度

文章出处:创始人人气:发表时间:2024-10-15 09:38:22

          比较优秀的串扰指标在1%FS左右,2~5%FS比较常见。串扰指标用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响,可以反映测量误差水平,是体现产品性能的关键指标之一。那么串扰究竟是什么呢?请看这张表格:

1015图1

          六维力传感器为例。分别对六维力传感器的六个测量方向精确加载至各自的额定载荷,记录六个方向的测量结果,就做成了这个表格。载荷组1中,仅仅对Fx方向加载到额定载荷,并且假设加载方向和载荷值是非常准确的,所以Fx是100%FS,其它方向是0%FS。表格右侧Fy、Fz、Mx、My、Mz的测量结果就是在Fx作用下的串扰。因为此时Fy、Fz、Mx、My、Mz的理论真值都是0。Fy、Fz、Mx、My、Mz测量结果就体现了Fx对其它五个测量方向的耦合干扰情况。同理,载荷组2~6中的测量结果,分别体现了在单独加载Fy、Fz、Mx、My、Mz时,各自对其它测量方向造成的耦合干扰情况。多维力传感器的厂商往往选择表格中的最大串扰值作为其datasheet中的串扰指标。比如,这张表格中的2.9%是串扰结果的最大值,就可以在产品手册里写“串扰≤3%”。大家有没有发现一个问题,对于六维力传感器,如果对其Fx方向不加载,对其它五个加载到100%FS,那此时Fx的输出结果会是其它五个方向串扰结果的叠加吗?也就是表格右侧测试结果第一列2~6行结果的叠加吗? 

          我们的经验是,此时Fx的输出结果,大概率不是其它五个方向对Fx串扰结果的叠加。但此时Fx的输出结果往往要大于产品datasheet中的串扰指标。

1015主图2

          多维力传感器精度衡量的是测量结果之间的重复性。其检定方法是,在相同环境条件下,在额定载荷范围内,进行多次重复联合加载相同一组载荷后,计算得到的传感器测量值的标准差,并除以量程。

          多维力传感器准度衡量的是测量结果与理论真值的偏离程度。其获得的方法是,对传感器进行多组多维联合加载,计算得到的传感器测量值与所加载荷理论真值之间的标准偏差,并除以量程。

          精度和准度的检定过程中,都需要对多维力传感器以其最高测量维度进行联合加载。例如,对于六维力传感器,每组检验载荷都必须是Fx、Fy、Fz、Mx、My及Mz的随机组合。这样获得的精度和准度,可以很清晰的评价传感器各测量方向在量程范围内的测量误差水品,比串扰指标更为实用。举个例子,如果说六维力传感器产品的准度优于0.5%FS,对于Fx的测量结果,在测量过程中不论Fy、Fz、Mx、My及Mz以什么样比例和绝对值对Fx进行干扰,Fx的测量结果与理论真值的偏差在0.5%FS以内。对于其它五分方向来说也是如此。准度其实涵盖了滞后、线性、蠕变等误差因素,更能体现产品的综合性能,是多维力传感器最为核心的技术指标之一。

精度准度图_1

          再更形象的说明一下此处精度和准度的统计意义。看这张图,假设理论真值是圆环的中心,黑点表示测量值。右上方图示就可以看出是准度高,精度也高。