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由于其結(jié)構(gòu)和材料性能的限制。剪切應(yīng)力可能導(dǎo)致聚合物板之間的相對(duì)滑移，從而在記錄電壓下產(chǎn)生擾動(dòng)。傳感器內(nèi)的聚合物具有粘彈性特性，需要了解測(cè)量的校準(zhǔn)和解釋時(shí)變響應(yīng)。
本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，闡明了外剪蠕變對(duì)傳感器性能的影響。研究了各種減小剪切效應(yīng)的方法，提出了一種將傳感器與外界剪切效應(yīng)隔離的方法。研究了傳感器響應(yīng)的時(shí)間依賴特性，提出了一種考慮時(shí)間依賴性的測(cè)量過(guò)程。將地面大水平移動(dòng)引起的全尺寸管道的垂直加載和卸載響應(yīng)和側(cè)向載荷的觸覺(jué)壓力傳感器測(cè)量與獨(dú)立的載荷測(cè)量進(jìn)行了比較。采用觸覺(jué)壓力傳感器，對(duì)大側(cè)向土運(yùn)動(dòng)管道的正應(yīng)力分布進(jìn)行了研究。
觸覺(jué)壓力傳感器
傳感器依賴于電阻或電容對(duì)施加負(fù)載的變化。這些傳感器可從各種制造商（例如壓力剖面系統(tǒng)公司、傳感器產(chǎn)品公司和Tekscan，Inc.）獲得，尺寸和形狀各異，傳感器密度為0.3至200/cm2以上。
本研究采用Tekscan公司生產(chǎn)的觸覺(jué)壓力傳感器。傳感器系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。觸覺(jué)壓力傳感器由兩塊0.1毫米厚的聚合物板組成，內(nèi)部的相對(duì)面包含一排排和一列阻性油墨。在測(cè)量施加力的網(wǎng)格點(diǎn)或傳感器處，墨的行和列重疊。圖2是觸覺(jué)壓力傳感器（Tekscan型號(hào)5315）的照片。傳感器片測(cè)量622 X 530 mm，傳感區(qū)域尺寸為488 X 427 mm。傳感器包含48列42行，導(dǎo)致2016年傳感器在每個(gè)方向的中心間距為10 mm。它使用專有的硬件和軟件記錄、轉(zhuǎn)換和顯示傳感器讀數(shù)。
圖1。觸覺(jué)壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)示意圖
圖4a
圖2。觸覺(jué)壓力傳感器照片
當(dāng)向傳感器施加正常壓力時(shí)，按順序讀取負(fù)載傳感器處電阻的變化。電阻變化被測(cè)量為模擬電壓，然后轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字，該數(shù)字?jǐn)?shù)字被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板。專有軟件根據(jù)傳感器校準(zhǔn)將數(shù)字轉(zhuǎn)換為壓力。結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)組被轉(zhuǎn)換為著色的壓力分布。
傳感器校準(zhǔn)
本研究中使用的傳感器在使用前需要調(diào)節(jié)、平衡和校準(zhǔn)。調(diào)節(jié)包括將傳感器加載到預(yù)期試驗(yàn)負(fù)載或以上的水平幾次。它減少了傳感器讀數(shù)中的漂移和滯后的大小，并提高了重復(fù)性。通常，調(diào)節(jié)負(fù)荷是作為均勻壓力施加在氣動(dòng)或靜液壓裝置上。
在條件調(diào)節(jié)后，進(jìn)行平衡。平衡包括在傳感器的整個(gè)活動(dòng)區(qū)域施加均勻的壓力。軟件確定每個(gè)傳感器的增益或比例因數(shù)，使該傳感器的數(shù)字輸出等于所有加載傳感器的平均數(shù)字輸出。原始輸出較低的傳感器增益增加，而原始輸出較高的傳感器增益降低。這種平衡補(bǔ)償了傳感器制造或重復(fù)使用傳感器時(shí)傳感器之間靈敏度的差異。平衡可以使用單負(fù)載或多負(fù)載應(yīng)用程序執(zhí)行。
平衡完成后，執(zhí)行傳感器校準(zhǔn)。校準(zhǔn)期間，將均勻壓力施加到傳感器上，從而導(dǎo)致負(fù)載傳感器電阻發(fā)生變化。校準(zhǔn)期間，傳感器的模擬讀數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，稱為raw（原始傳感器數(shù)據(jù)單元）。然后，該值將根據(jù)施加壓力的大小與工程單位相關(guān)聯(lián)。
傳感器通常使用一個(gè)或兩個(gè)負(fù)載校準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。在一次負(fù)載校準(zhǔn)期間，假設(shè)傳感器在零施加負(fù)載下輸出為零。然后，將已知負(fù)載施加到傳感器上，以獲得單個(gè)標(biāo)定點(diǎn)。通過(guò)將零點(diǎn)連接到傳感器輸出與負(fù)載圖上的校準(zhǔn)點(diǎn)，獲得校準(zhǔn)線。兩個(gè)負(fù)載校準(zhǔn)使用初始負(fù)載和第二個(gè)更高的負(fù)載。然后使用冪律方程連接校準(zhǔn)點(diǎn)。
本研究采用充氣裝置，內(nèi)部裝有聚氨酯膀胱，充氣均勻壓力機(jī)，進(jìn)行調(diào)節(jié)、平衡和校準(zhǔn) |
