IFM傳感器后端信號處理方法介紹

    IFM傳感器后端信號處理方法介紹
    一般給的參數只有傳感器的的技術參數，包括的量程，靈敏度，精度指標，還有接線定義，那么對于一個沒有使用過測力傳感器的使用者來說，如何做后期信號處理？這是一個需要學習的問題；先，我們需要了解的是傳感器的原理，應變式傳感器的原理一般是惠斯登電橋，從傳感器的出廠標定證書上的接線定義可以知道他的橋路需要如何供電，是多少輸對應滿量程；舉例說明某傳感器的參數如下：量程: 1000N靈敏度：2.0mV/V輸出定義：【激勵正： 紅線 激勵負：黑線 信號正：綠線 信號負：白線；】大供電電壓：15Vdc（10Vdc）先我們簡單計算一下，如果給傳感器供電為10V，那么其對應滿量程輸出為；10V*2.0mV/V=20mV    @1000N即在10V供電情況下，綠白兩線輸出的信號若為20mV，就說明傳感器本身受力1000N，此為傳感器的輸出信號和力值的線性對應關系；此時我們要用該測力傳感器，應該如何使用呢?先要給他供電，按照10V，給紅黑兩根線供電，紅線10V 黑線0V如此就需要提供一個電源，這里需要一個直流穩壓電源，5V~15V之間都可以滿足；那么問題是，很多情況下我們沒有這種弱電電源模塊，此時我們就需要介紹傳感器后端的信號調理設備，一般有放大器，二次儀表以及帶有橋路供電端子的采集板卡；
    測力傳感器穩定性的因素較多，歸納起來主要有：
    1、測力傳感器的結構測力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設計，都必須受載后在結構上不產生性能波動，或性能波動很小，為此在測力傳感器設計時，應盡量作到應變區受力單一，應力均勻一致；貼片部位為平面；在結構上具有一定的抗偏心載荷和側向載荷的能力；安裝力遠離應變區，測量時應避免載荷支承點的位移。盡管測力傳感器屬于裝配制造產品，但為了具有技術性能和穩定性，盡可能將它設計成一個整體結構。
    2、彈性元件的金屬材料彈性元件的金屬材料對測力傳感器的綜合性能和穩定性起關鍵作用。應選擇強度限和彈性限高，彈性模量的時間、溫度穩定性，彈性滯后小，機械加工和熱處理產生的殘余應力小的材料。有資料表明:只要材料淬火后的塑性，它在機械加工和熱處理后的殘余應力就小。還要特別重視彈性模量隨時間的穩定性，要求在測力傳感器使用壽命期間內材料的彈性模具不發生變化。
    3、機械加工與熱處理工藝彈性元件在機械加工過程中，由于表面變形的不均勻產生較大的殘余應力，切削用量越大，殘余應力就越大，磨削加工產生的殘余應力大。因此應制訂合理的加工工藝和規定適當的切削用量。彈性元件在熱處理過程中，由于冷卻溫度不均勻和金屬材料相變等原因，在芯部和表層產生方向不同的殘余應力，其芯部為拉應力，表層為壓應力。必須通過回火處理工藝，在其內部產生方向相反的應力，與殘余應力相互抵消，減少殘余應力的影響。
    4、電阻應變計與應變粘結劑電阻應變計應具有性能，要求靈敏系數穩定性，熱輸出小，機械滯后和蠕變小，應變量為1000×10-6時疲勞壽命可達108，電阻值偏差小，批次質量均一性等。應變粘結劑應具有粘結強度大，抗剪強度高；彈性模量較大且穩定；電絕緣性能；具有與彈性元件相同或相近的熱膨脹系數；蠕變和滯后小；固化時膠層體積收縮小等。粘貼電阻應變計時一定要嚴格控制膠層厚度，因為粘結強度隨膠層厚度的增加而降低。
    這是由于薄的膠層需要更大的應力才能變形，不易產生流動和蠕變，界面上的內應力很小，產生氣泡和缺陷的幾率也比較小，應變傳遞性能，只要防護密封合理就可達到較高的穩定性水平。
    5、制造工藝流程應變式測力傳感器的工作原理和總體結構決定了，在工藝流程中有些工序必須手工操作，人為的因素對測力傳感器的質量影響較大。因此必須制訂科學合理并可重復的制造工藝流程，并在其中增加電子計算機控制的自動化或半自動化工序，盡量減少人為因素對產品質量的影響。
    6、電路補償與調整應變式測力傳感器屬于裝配制造，貼片組橋后就形成了產品，由于內部不可避免的產生一些缺陷和外界環境條件的影響，測力傳感器的某些性能指標達不到設計要求，因此必須進行各項電路補償與調整，提高測力傳感器本身的穩定性和對外部環境條件的穩定性。完善而精細的電路補償工藝，是提高測力傳感器穩定性的環節。
    7、防護與密封防護與密封是測力傳感器制造工藝流程中的要害工序，是測力傳感器耐受客觀環境和感應環境影響而能穩定工作的根本。如果防護密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應變計及應變粘結劑膠層，都會吸收空氣中的水分而產生增塑，造成粘結強度和剛度下降，引起零點漂移和輸出無規律變化，直測力傳感器失效。因此有效的防護密封是測力傳感器穩定工作的根本，否則將使各項工藝成果前功盡棄。
    8、穩定性處理 （人工老煉試驗）提高測力傳感器的穩定性除處理上述各種因素的影響外，的途徑就是采取各種技術措施和工藝手段，模擬使用條件進行有效的人工老練試驗，盡量多的釋放殘余應力使其性能波動減小。