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美國(guó)E+E傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試
E+E傳感器用于測(cè)量三維空間中的三個(gè)線性力和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，在機(jī)器人力感知和力伺服控制領(lǐng)域有重要應(yīng)用。E+E傳感器的特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)其靜態(tài)特性的研究已較為深入，但對(duì)其動(dòng)態(tài)特性研究顯得嚴(yán)重不足。

美國(guó)E+E傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試
隨著E+E傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，其動(dòng)態(tài)特性是一個(gè)無法回避的科學(xué)和技術(shù)問題。 目前，E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性研究的不足主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是由于多維力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在維間耦合，難以獲得精確的解析解；二是缺少理想的實(shí)驗(yàn)手段。本文在安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“E+E傳感器動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)研究（11040606M144）”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“電阻應(yīng)變片式E+E傳感器動(dòng)態(tài)耦合特性研究（51175001）”的資助下，以中國(guó)科學(xué)院合肥智能研究所研制的超薄片雙E梁E+E傳感器為對(duì)象，分別運(yùn)用彈性力學(xué)、有限元方法，描述E+E傳感器動(dòng)力學(xué)行為，建立數(shù)學(xué)模型，從理論上揭示其動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，初步計(jì)算出其動(dòng)態(tài)性能參數(shù)；自制一臺(tái)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的多維力傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，運(yùn)用諧波激勵(lì)法，沿頻率軸對(duì)多維力傳感器逐點(diǎn)掃描測(cè)試，獲得動(dòng)態(tài)特性和性能參數(shù)，本論文主要研究工作如下： （1）運(yùn)用彈性力學(xué)理論和有限元方法，建立了雙E梁E+E傳感器動(dòng)力學(xué)解析模型，并計(jì)算出其各方向一階固有頻率。 （2）采用仿真技術(shù)，分析了傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型理論研究結(jié)果。 （3）設(shè)計(jì)出基于頻率響應(yīng)法的E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試工具，為傳感器動(dòng)態(tài)特性頻域測(cè)試提供了實(shí)驗(yàn)手段和條件。 （4）利用自制的E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試工具，測(cè)試了超薄片雙E梁E+E傳感器動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了E+E傳感器動(dòng)力學(xué)特性理論研究成果。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有： （1）以超薄片雙E梁E+E傳感器為研究對(duì)象，建立了其動(dòng)力學(xué)解析模型，為動(dòng)態(tài)特性進(jìn)一步研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 （2）研制出基于頻率響應(yīng)法的E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性頻域逐點(diǎn)精確測(cè)試，完善了E+E傳感器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試手段，克服了“脈沖響應(yīng)法”和“階躍響應(yīng)法”的不足。
微量質(zhì)量傳感器是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)制成的一類新型的質(zhì)量-頻率傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、可靠性好、體積小、響應(yīng)快、成本低、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。 目前，微量質(zhì)量傳感器主要有石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）、聲表面波（SurfaceAcoustic Wave，SAW）和壓電微懸臂梁（Piezoelectric Cantilever Sensor）三種類型。 首先，本文從理論上，對(duì)這三種類型質(zhì)量傳感器在氣相、液相環(huán)境中的工作原理分別進(jìn)行了分析、比較，對(duì)QCM傳感器在氣相工作環(huán)境下振蕩電路的頻帶擴(kuò)展問題著重進(jìn)行了研究、探討，對(duì)AT切石英晶體的各特性參數(shù)（介電常數(shù)、彈性常數(shù)和壓電常數(shù)）進(jìn)行了分析、計(jì)算。 其次，本文在實(shí)驗(yàn)上，結(jié)合理論研究的結(jié)果和LiCl傳統(tǒng)濕度傳感器的已有成果，對(duì)設(shè)計(jì)的E+E傳感器進(jìn)行了實(shí)施和實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該款濕度傳感器繼承了LiCl與QCM的雙重優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)E+E傳感器量程窄這一難題，具有靈敏度高、響應(yīng)快、成本低、濕滯小、量程寬、互換性好、線性度佳等諸多優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)E+E傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試
此外，為了提升E+E傳感器的抗污染能力，改善無機(jī)鹽吸濕易潮解這一弊端，本論文在E+E傳感器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)高分子濕敏材料的感濕特性進(jìn)行進(jìn)一步探索，以尋求更為理想的濕敏材料，制造出性能更為*的濕度傳感器。 本論文從QCM濕度傳感系統(tǒng)的搭建、材料選取、濕度傳感器的制備到數(shù)據(jù)的zui終提取分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)相*，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。