FSR傳感器的標(biāo)定

上肢機(jī)器人FSR傳感器的標(biāo)定與數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)原理與電路圖:OVOUTOVOUTVREF/2圖2FSR信號(hào)調(diào)理電路實(shí)物圖圖1FSR信號(hào)調(diào)理電路原理圖nisflw』-ne圖2FSR信號(hào)調(diào)理電路實(shí)物圖圖1FSR信號(hào)調(diào)理電路原理圖nisflw』-ne■Ji?3,宙l■.?■LI■M地IJltlu睹IGfEH—cl-cluy1-Mtfse「feei&efji-i由電路圖可得輸出電壓與FSR阻抗的關(guān)系:VOUT=VVOUT=VREF2（1+粉）)

1-1

(令-L=C，vr^=V0，貝U1rgV1rgV0XVOUT1rg由電路結(jié)構(gòu)可知FSR傳感器的電導(dǎo)值與輸出電壓是線性關(guān)系，而由傳感器性質(zhì)可知FSR電導(dǎo)與壓力值是近似的線性關(guān)系，故輸出電壓與力的成線性關(guān)系。標(biāo)定過(guò)程:1.調(diào)節(jié)參考電壓V。=0.8V，Rg=2kQ得到力與電壓和FSR電導(dǎo)的關(guān)系式:由圖3圖4可以發(fā)現(xiàn)輸出電壓（電導(dǎo)）與力的關(guān)系存在死區(qū)，這是因?yàn)楫?dāng)對(duì)電路進(jìn)行5V供電時(shí)輸出電壓VOUT最高為3.7V，由（1-1）可知輸出電壓最低為參考電壓V。，因此只對(duì)線性部分進(jìn)行擬合，結(jié)果如下：K.-KI-H;-圖30.8V壓力與輸出電壓FSR-'^^rK.-KI-H;-圖30.8V壓力與輸出電壓FSR-'^^r力與口,學(xué)的美系圖40.8V壓力與電導(dǎo)1 15 2 2.j 3 2.51 15 2 2.j 3 2.5湘:輸出電壓N35* ￥1y;.M linear'orccend、■蘇性部分壓土與輸出毛壓的大率圖50.8V線性部分壓力與輸出電壓關(guān)系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 8.579(8.464,8.695)p2= 2.496(2.203,2.79)Goodnessoffit:SSE:113.2R-square:0.9902AdjustedR-square:0.9902RMSE:0.7326即壓力Y/N與輸出電壓X1/V關(guān)系為：當(dāng)ION<Y<35N時(shí)，

圖6圖60.8V線性部分壓力與FSR電導(dǎo)關(guān)系_-_-."心：一LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 13.73(13.54,13.91)p2= 9.36(9.151,9.568)Goodnessoffit:SSE:113.2R-square:0.9902AdjustedR-square:0.9902RMSE:0.7326即壓力Y/N與輸出電導(dǎo)X2/mS關(guān)系為：當(dāng)ION<Y<35N時(shí)，2.令V。=1.2V,Rg=2kQ的情況，具體與上面情況相似。1.5 7 25 3 3.5X輸3電玉/V1.5 7 25 3 3.5X輸3電玉/V1.2V壓力與輸出電壓1圖71.2V壓力與輸出電壓1.WW壓力與電導(dǎo)圖80.8V壓力與電導(dǎo)同樣只對(duì)線性區(qū)間進(jìn)行擬合:同樣只對(duì)線性區(qū)間進(jìn)行擬合:1.0線性部分■壓力與電壓關(guān)系*VIys<1 linearforceandV*22/4++■*i i i i iI5 2 2￡ 3 3.EX1：輸i出電壓AT圖91.2V線性部分壓力與輸出電壓關(guān)系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 6.459(6.131,6.787)p2= 13.4(12.57,14.24)Goodnessoffit:SSE:30.68R-square:0.9703AdjustedR-square:0.9697RMSE:0.7994即壓力Y/N與輸出電壓X1/V關(guān)系為：當(dāng)17N<Y<35N時(shí)，1%尺主性者:分匹力與電K冬34Ylvs.X2 liitcffjl-edidHo32C.1 0.2Zl.3CMC.5 07C.E0.9 'X2:FSR34Ylvs.X2 liitcffjl-edidHo32C.1 0.2Zl.3CMC.5 07C.E0.9 'X2:FSR電導(dǎo)/'mS圖101.2V線性部分壓力與FSR電導(dǎo)關(guān)系LinearmodelPolY:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1= 15.5(14.71,16.29)p2= 21.16(20.69,21.62)Goodnessoffit:SSE:30.68R-square:0.9703AdjustedR-square:0.9697RMSE:0.7994即壓力Y/N與輸出電導(dǎo)X2/mS關(guān)系為：當(dāng)16N<Y<35N時(shí)，Y=15.5xX2+21.16 (1-6)分析與小結(jié)：由以上兩種標(biāo)定，觀察圖3，圖4，圖7，圖8可知，調(diào)節(jié)不同的參考電壓將產(chǎn)生不同的閾值力，只有當(dāng)力處于一個(gè)特定區(qū)間時(shí)，我們才可以用相應(yīng)的公式，如(1-3)或(1-5)，根據(jù)得到的輸出電壓計(jì)算相應(yīng)的力，也就是當(dāng)5V供電時(shí)VQ<VQUT<3.6V才能利用公式。觀察(1-3)和(1-5)可以發(fā)現(xiàn)他們的斜率不同，V0和RG都將影響（1-3）或（1-5）的斜率。對(duì)于同一種傳感器，RG往往固定不變，因此參考電壓V0是影響斜率的主要因素。對(duì)比（1-4）與（1-6）可以發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)與力的關(guān)系式的斜率基本相同，這是由FSR傳感器本身的性質(zhì)決定的，但是受電路影響，力與電導(dǎo)的關(guān)系式發(fā)生平移，即線性關(guān)系的截距不同。另外，在壓力較大時(shí)FSR電阻迅速減小，故此時(shí)由（1-1）式我們可以忽略參考電壓%職（V0）對(duì)輸出電壓的影響，觀察圖4與圖7也可得知當(dāng)輸出電壓剛剛達(dá)到上限時(shí)，不論參考電壓大小，傳感器受到的壓力大致相同，約為35N?；谝陨蟽牲c(diǎn)，這里給出一個(gè)一般性（任意參考電壓）的求力與輸出電壓關(guān)系式的方法：FSR電導(dǎo)值與壓力成線性關(guān)系，且斜率不變，設(shè)斜率為K，由式（1-2）可以得到力與電壓線性關(guān)系式的斜率為K’=-^XK （1-7）rgvo設(shè)此線性關(guān)系式為F=KXV+F0 （1-8）當(dāng)電壓剛剛達(dá)到上限值時(shí)傳感器所受壓力相同設(shè)為Ff，設(shè)電壓值上限為Vf，帶入％和Vf可以解出（1-8）的截距F0從而得到不同參考電壓下壓力與輸出電壓的關(guān)系式。帶入V=V0得到的F即為閾值力。以本次實(shí)驗(yàn)為例，當(dāng)參考電壓V0=0.8V時(shí)我們得到關(guān)系式（1-3）與（1-4），結(jié)合（1-6）我們?nèi)SR力與電導(dǎo)關(guān)系式的斜率的平均值14.6，即取K=