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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滑移，從而在記錄電壓下產(chǎn)生擾動。傳感器內(nèi)的聚合物具有粘彈性特性，需要了解測量的校準和解釋時變響應(yīng)。
本文通過室內(nèi)試驗，闡明了外剪蠕變對傳感器性能的影響。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)的時間依賴特性，提出了一種考慮時間依賴性的測量過程。將地面大水平移動引起的全尺寸管道的垂直加載和卸載響應(yīng)和側(cè)向載荷的觸覺壓力傳感器測量與獨立的載荷測量進行了比較。采用觸覺壓力傳感器，對大側(cè)向土運動管道的正應(yīng)力分布進行了研究。
觸覺壓力傳感器
傳感器依賴于電阻或電容對施加負載的變化。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)的觸覺壓力傳感器。傳感器系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。觸覺壓力傳感器由兩塊0.1毫米厚的聚合物板組成，內(nèi)部的相對面包含一排排和一列阻性油墨。在測量施加力的網(wǎng)格點或傳感器處，墨的行和列重疊。圖2是觸覺壓力傳感器（Tekscan型號5315）的照片。傳感器片測量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。觸覺壓力傳感器測量系統(tǒng)示意圖
圖4a
圖2。觸覺壓力傳感器照片
當向傳感器施加正常壓力時，按順序讀取負載傳感器處電阻的變化。電阻變化被測量為模擬電壓，然后轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字，該數(shù)字數(shù)字被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板。專有軟件根據(jù)傳感器校準將數(shù)字轉(zhuǎn)換為壓力。結(jié)果的數(shù)字數(shù)組被轉(zhuǎn)換為著色的壓力分布。
傳感器校準
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。調(diào)節(jié)包括將傳感器加載到預(yù)期試驗負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)負荷是作為均勻壓力施加在氣動或靜液壓裝置上。
在條件調(diào)節(jié)后，進行平衡。平衡包括在傳感器的整個活動區(qū)域施加均勻的壓力。軟件確定每個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。這種平衡補償了傳感器制造或重復(fù)使用傳感器時傳感器之間靈敏度的差異。平衡可以使用單負載或多負載應(yīng)用程序執(zhí)行。
平衡完成后，執(zhí)行傳感器校準。校準期間，將均勻壓力施加到傳感器上，從而導(dǎo)致負載傳感器電阻發(fā)生變化。校準期間，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或兩個負載校準進行校準。在一次負載校準期間，假設(shè)傳感器在零施加負載下輸出為零。然后，將已知負載施加到傳感器上，以獲得單個標定點。通過將零點連接到傳感器輸出與負載圖上的校準點，獲得校準線。兩個負載校準使用初始負載和第二個更高的負載。然后使用冪律方程連接校準點。
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，進行調(diào)節(jié)、平衡和校準 |
