一种判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法

本发明属于传感器，特别涉及一种判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法。

背景技术：

1、随着科技不断进步，对柔软且纤薄的传感器的需求正在工程应用领域日益激增。例如，在人工电子皮肤和机器人触觉系统中，需要传感器能够同时感知目标物与障碍物的距离以及触碰物体后承受的应力。另外，在一些国防设备和大型设备的狭小曲面层间结构中，监测零件间的间隙和应力大小至关重要，以确保系统运行安全并且保证零部件在有效应力范围内运行。零部件在运行过程可能会有多种受力阶段：当零部件之间有间隙时，为非受力阶段；当零部件之间存在应力时，可能是两零部件逐渐靠近，即压缩状态，也可能是两零部件逐渐远离，即降压状态；在压缩状态中，两零部件持续靠近而使应力逐渐升高的过程，为加载阶段，两零部件在靠近过程中保持位移不变的阶段，为松弛阶段；在降压状态中，两零部件持续远离而使应力逐渐减小的过程，为卸载阶段，两零部件在远离过程中保持位移不变的过程，为松弛阶段。受力阶段不同，应力变化趋势不同，应力的标定算法也有差异。如何确定零部件之间的受力阶段以确定应力大小，是十分重要且急需解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法，包括以下步骤：

2、步骤1，用阻抗测量设备对本征柔性间隙应力敏感线圈进行测量，获取本征柔性间隙应力敏感线圈的阻抗在未受力阶段、加载阶段、卸载阶段和松弛阶段的变化数据，并确定采样时间步长，计算本征柔性间隙应力敏感线圈阻抗在每秒内的平均值；

3、步骤2，确定本征柔性间隙应力敏感线圈与目标物刚好接触并受力时的阻抗值，将该阻抗值作为临界阻抗，确定在非受力阶段中间隙与阻抗之间的关系；

4、步骤3，以某一秒内的阻抗平均值为当前值，用当前值与前一秒阻抗平均值的差值再除以前一秒阻抗平均值的结果作为当前时间点的阻抗变化率，依次计算本征柔性间隙应力敏感线圈在受力过程中所有时间点的阻抗变化率；

5、步骤4，确定本征柔性间隙应力敏感线圈在压缩过程的加载阶段、松弛阶段所分别对应的阻抗值、阻抗变化率、应力值，并分别标定加载阶段、松弛阶段中应力值与阻抗值之间的关系；

6、步骤5，确定本征柔性间隙应力敏感线圈在降压过程的卸载阶段、松弛阶段所分别对应的阻抗值、阻抗变化率、应力值，并分别标定卸载阶段、松弛阶段中应力值与阻抗值之间的关系；

7、步骤6，统计分析加载阶段、卸载阶段、松弛阶段中阻抗模/角变化率大小，其中阻抗角变化率与0进行比较，阻抗模变化率首先与0进行比较，然后将卸载目标压力从0.1mpa至0mpa阶段的阻抗模变化率与松弛阶段的阻抗模变化率进行比较，得出可以区分两个阶段的阻抗模变化率阈值rα(负值)；

8、步骤7，在实际测量中，判断本征柔性间隙应力敏感线圈的受力阶段的步骤如下：

9、步骤s1，通过测量系统获取本征柔性间隙应力敏感线圈的阻抗值；

10、步骤s2，判断该阻抗值是否大于步骤2中所述的临界阻抗，若是，则进入步骤s4，若否，则进入步骤s3.1；

11、步骤s3.1，确定当前为非受力阶段；

12、步骤s3.2，查找步骤2中所述的非受力阶段的间隙-阻抗关系；

13、步骤s3.3，根据所述的非受力阶段的间隙-阻抗关系计算间隙值；

14、步骤s4，确定当前为受力状态；

15、步骤s5，计算阻抗变化率，包括阻抗模变化率rz和阻抗角变化率rθ；

16、步骤s6，判断阻抗角变化率rθ是否大于0，若是，则进入步骤s7.1，若否，则进入步骤s7.2；

17、步骤s7.1，判断阻抗模变化率rz是否大于0，若是，则进入步骤s9.1，若否，则进入步骤s8.1；

18、步骤s7.2，判断阻抗模变化率rz是否大于0，若是，则进入步骤s10.1，若否，则进入步骤s7.3；

19、步骤s7.3，判断阻抗模变化率rz是否小于rα，若是，则进入步骤s10.2，若否，则进入步骤s11.1；

20、步骤s8.1，保持上一次受力阶段判断；

21、步骤s8.2，保持上一次应力值不变；

22、步骤s9.1，确定当前为加载阶段；

23、步骤s9.2，查找步骤4中所述的加载阶段的应力-阻抗关系；

24、步骤s10.1，确定当前为卸载阶段中目标压力为0.5mpa～0.1mpa阶段；

25、步骤s10.2，确定当前为卸载阶段中目标压力为0mpa阶段；

26、步骤s10.3，查找步骤5中所述的卸载阶段的应力-阻抗关系；

27、步骤s11.1，确定当前为松弛阶段；

28、步骤s11.2，根据松弛前受力状态确定松弛前是加载阶段还是卸载阶段，然后相应地查找步骤4、步骤5中所述的松弛阶段的应力-阻抗关系；

29、步骤s12，根据确定当前的受力阶段和应力-阻抗关系，计算应力值。

30、本发明的特点及技术效果：

31、本发明设计的判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法，在标定中，确定临界阻抗和阻抗模变化率阈值rα，并得到非受力阶段、加载阶段、卸载阶段、松弛阶段中阻抗模/角分别与间隙/应力之间的关系。在测量中，如果本征柔性间隙应力敏感线圈的阻抗小于临界阻抗，则表明本征柔性间隙应力敏感线圈处于未受力阶段；如果阻抗模/角的变化率均大于0，则本征柔性间隙应力敏感线圈处于加载阶段；若阻抗模变化率大于0，阻抗角变化率小于0，则本征柔性间隙应力敏感线圈处于卸载目标压力0.5mpa～0.1mpa阶段；若阻抗模变化率小于rα，阻抗角变化率小于0，则本征柔性间隙应力敏感线圈处于卸载目标压力0mpa阶段；若阻抗模变化率在0～rα之间，阻抗角的变化率小于0，则本征柔性间隙应力敏感线圈处于松弛阶段；若不能满足上述条件，则保持上一次受力阶段的判断。用本发明设计的方法可判断本征柔性间隙应力敏感线圈的受力阶段，适用于工业设备狭小曲面层间应力测量与电子皮肤研制等领域。

技术特征：

1.一种判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种判断本征柔性间隙应力敏感线圈受力阶段的方法，属于传感器技术领域。测量敏感线圈的阻抗，如果阻抗值小于临界阻抗，则表明线圈处于未受力阶段；如果阻抗值大于临界阻抗，则表明线圈处于受力状态，需进一步计算阻抗模/角的变化率，若阻抗模/角的变化率均大于0，则线圈处于加载阶段；若阻抗模变化率大于0，阻抗角变化率小于0，则线圈处于卸载目标压力0.5MPa～0.1MPa阶段；若阻抗模变化率小于阈值r<subgt;α</subgt;，阻抗角变化率小于0，则线圈处于卸载目标压力0MPa阶段；若阻抗模变化率在0～r<subgt;α</subgt;之间，阻抗角的变化率小于0，则线圈处于松弛阶段。用本发明设计的方法可判断线圈的受力阶段，适用于工业设备狭小曲面层间应力测量与电子皮肤研制等领域。技术研发人员：王璐珩,桂珍受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2