传感与控制-电阻应变式驾驶杆力传感器的研制

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛电阻应变式驾驶杆力传感器的研制中航电测仪器股份有限公司杜友民刘鹏【摘要】介绍了采用半导体电阻应变计的驾驶杆力传感器的特殊要求、结构特点和主要性能，重点介绍了其弹性体选材、梁结构、力学模型建立、设计计算以及零位温度补偿、迟滞特性的改善和减少纵横两方向作用力交叉影响等主要的工艺技术措施。【关键词】应变计传感器弹性元件力学模型温度补偿【中图分类号】TH715.1【文献标识码】BDevelopmentofstraingagesjoystic

2、ktransducerZhonghangElectronicMeasuringInstrumentsCo.Duyou-min,LiupengAbstract：Mainlyintroducejoysticktransducerspecialrequirements,configurationrequirementandleadingperformanceafteradoptingsemiconductorresistancestraingages.Putstressonintroducingsomekeytechniqueprocessesinc

3、hoosingspringelement,girderconfiguration,mechanicsmodeestablishment,designingandcalculatingtogetherwithzerotemperaturecompensation,hysteresisperformanceimprovementandreducingforceinfluencefromverticaldirectionandhorizontaldirection.Keywords：straingages；transducer；springeleme

4、nt；mechanicsmode；temperaturecompensation.前言飞机驾驶杆是飞机操纵系统中重要的操纵部件。作为其组成部分之一的驾驶杆力传感器，主要用于感受和测量飞机驾驶操纵力，也可用于其它有关驾驶、操纵作用力的检测。在飞机电传操纵系统中，则要利用杆力传感器输出的信号去控制舵机，使飞机的舵面产生所需要的偏转角，从而达到操纵飞机的目的。因此，在航空应用中，杆力传感器不仅是操纵力的测量器件，也是驾驶员发出操纵指令的中央控制器件，其稳定性和可靠性直接关系到飞机的飞行安全。杆力传感器是飞机操纵和飞行控制系统前端重要的信息源。杆力传感

5、器作为机载传感器，应该满足机载传感器的特殊要求，即应有较高的可靠性和稳定性、动态响应快、抗电磁干扰、耐电源波动及突变的能力强、精度要求较高等。还要有适应机载严酷环境的能力，即工作环境温度范围宽、气压变化范围大、耐振动、冲击、过载、耐湿热、盐雾、霉菌http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛[1]等。随着测试技术的迅速发展，电阻应变式传感器也有了长足的进步。该种传感器与其它类型传感器相比，具有测量范围广、精度高、输出特性的线性好、性能稳定工作可靠、能在恶劣的环境条件[2]下工

6、作等特点。应变式传感器由于具有以上优点，得到了日益广泛的应用，如拉压力、称重、压力、扭矩、位移、加速度测量等。尤其在力的高精度测试中，大多数情况下都使用了应变式测力传感器。现有的杆力传感器产品，几乎均采用了电阻应变式的变换原理。一、杆力传感器的特点和主要性能指标1．杆力传感器的特点（1）为提高杆力传感器的可靠性，采用冗余设计技术。即纵或横的同一应力方向上设计有三到四个传感器桥路，同时感受应变并转换成电信号，实现二到三组余度输出。（2）通过合理的弹性元件结构设计和组桥方式，基本消除纵向和横向作用力之间的交叉干扰。（3）通过合理的弹性元件结构设计和

7、优化的贴片位置，消除握点位置对测量精度的影响，使得飞行员的握杆位置不会影响到纵向、横向作用力的测量精度。（4）对零位温度漂移采取补偿措施，使杆力传感器适应于较宽的工作温度范围，确保检测的准确度。（5）纵、横两个受力方向上设计有过载保护装置，以达到传感器过载时予以有效保护的目的，提高杆力传感器的安全性。2．杆力传感器主要性能指标：（1）额定量程：纵向推/拉各250N；横向右压/左压各100N。（2）输出梯度（灵敏度）：40mv/每9.8N。（3）零位数出：≤±20mV（-55℃—+60℃温度范围内）。（4）滞后输出：≤8mV。（5）外形尺寸：￠7

8、3×227（mm）。（6）重量：≤1.5kg。（7）系统精度：≤±2.5%最大输出（-55℃—+60℃温度范围内）。二、杆力传感器的设计1．弹性体材料