背景介绍

  三维力传感器在现实生活中具有广泛的应用，例如：机器人关节传感元件，医疗设备以及智能制造装备等，调研可知，三维力传感器通过弹性体元件，把外力转换为结构的变形，进而通过应变片实现三维力的测量。现今对三维力传感器相关的内容进行了归纳总结，具体内容如下：

三维力传感器原理

1、应变片贴附原则，如何减小维间干扰？

  背景：弹性元件采用合金钢材料，刚度较大，传感器工作时候材料处于弹性范围内；其中，应变片贴附的主要原则有：1、灵敏度高；2、优异的分辨率性能；3、维间干扰小，粘贴方式如下图所示：

  X方向受力后，横杆发生拉伸变形，竖杆发生弯曲变形；首先，对于横杆发生拉伸变形时（正方向），R2、R3同时受挤压，R8、R9同时处于拉伸状态，在电桥回路（下图中间位置）中表现为Vfy等于0，进而X和Y方向相互解耦。

  同理，Y方向发生相应的变形时，Vfx等于0;

  Z方向受力后，由于电阻应变片的横向效应比较小，即R2、R3、R8、R9、R5、R6、R11、R12的电阻变化较小，即Vfx和Vfy近似等于零，Z方向的变形与X、Y方向的变形相互解耦。

2、传感器外接电路？

  当传感器受到外载荷F时，弹性元件发生相应的变形，当X方向发生变形时，R5、R6、R11、R12电阻变化对电压输出信号有影响，Y方向发生变形时，R2、R3、R8、R9电阻变化对电压输出信号有影响，Z方向发生变形时，R4、R10、R1、R7电阻变化对电压输出信号有影响；假设应变片初始电阻为R0，则弹性元件变形后各电阻的大小为：

  通过电桥电路，三维力传感器把电阻变化转换为电压信号，具体为：

则传感器所受外载荷与输出电压的关系为，后续可以进行相应的标定实验：