專利名稱：多維力傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體地說，涉及一種傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
優(yōu)化設(shè)計(jì)是指以某種方法確定被優(yōu)化對(duì)象的一組結(jié)構(gòu)參數(shù)，使它的輸出特性按預(yù)定精度變化，在某些性能指標(biāo)上達(dá)到最佳。傳感器作為精密測(cè)量的一種常用工具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度起著決定性的作用。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以降低結(jié)構(gòu)重量和材料成本，而且能夠改進(jìn)傳感器的靈敏度、強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)特性、屈曲穩(wěn)定性等性能。傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于傳感器的數(shù)學(xué)模型，以傳感器的性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，選定其設(shè)計(jì)參數(shù)和變化范圍，應(yīng)用優(yōu)化算法，通過軟件計(jì)算出滿足性能指標(biāo)的最佳參數(shù)。顯然對(duì)于實(shí)際測(cè)量中的不同特性要求，就有一組不同的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即不同的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。因此，首先要根據(jù)實(shí)際需要，確定一個(gè)目標(biāo)，即先建立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，然后選擇一種恰當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解。其中傳感器設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一是獲得較高的精度，但傳感器尺寸的要求往往會(huì)限制傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。特別是多維力傳感器的設(shè)計(jì)，在精度、線性度和靈敏度之間很難達(dá)到一個(gè)很好的平衡點(diǎn)，以致傳感器有些性能很差。目前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)比較常用的方法是使用ANSYS軟件，對(duì)于多維力傳感器來說結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)比較難以確定，比較常用的目標(biāo)函數(shù)為傳感器的重量和體積作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，這種優(yōu)化只能使得傳感器做到微型化，而無法很好地解決傳感器的靈敏度和線性度，同時(shí)有可能會(huì)在降低重量和體積的同時(shí)也使得傳感器的靈敏度和線性度降低。而對(duì)于多維力傳感器來說，靈敏度和線性度又是最重要的性能指標(biāo)。因此，需要以多維力傳感器的主要性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方法才可以直接提高傳感器綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決多維力傳感器尺寸優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)難以確定的技術(shù)問題，而提供一種以多維力傳感器的靈敏度和線性度為目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多維力傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多維力傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法， 其步驟是
1.首先，建立二維力傳感器的力學(xué)模型，根據(jù)力學(xué)模型建立彈性體的數(shù)學(xué)模型，并求解出應(yīng)力、應(yīng)變與力的解析解，具體表達(dá)式如下公式
權(quán)利要求
1. 一種多維力傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，其特征在于，其步驟是 (一)建立二維力傳感器的力學(xué)模型，根據(jù)力學(xué)模型建立彈性體的數(shù)學(xué)模型，并求解出應(yīng)力、應(yīng)變與力的解析解，具體表達(dá)式如下公式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多維力傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，該方法以求得傳感器的應(yīng)力應(yīng)變解析解為基礎(chǔ)，以傳感器最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)靈敏度和線性度為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。具體步驟如下首先根據(jù)傳感器的力學(xué)模型，建立彈性體在各種工況下的數(shù)學(xué)模型，求解出傳感器應(yīng)力、應(yīng)變的解析解；基于應(yīng)力應(yīng)變的解析解，并以傳感器的靈敏度和線性度為結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對(duì)傳感器的主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。該優(yōu)化方法具有簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn)，很好地處理了多維力傳感器在精度、線性度和靈敏度之間很難達(dá)到一個(gè)很好的平衡點(diǎn)的難點(diǎn)，提高了傳感器的測(cè)量精度、線性度和靈敏度。
文檔編號(hào)G01D3/02GK102353388SQ20111016151
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者付婷婷, 朱堅(jiān)民, 朱歡歡, 杜鵬, 楊帆, 王軍, 趙福旺 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)