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什么是串扰？如何进行串扰补偿？

2022-03-23 14:48:47·  来源：HBM 测试与测量  作者：HBM  
　
串扰是如何引起的？如何轻松地进行补偿？ 在很多应用中，例如在实验、机器人、装配生产过程中，都需要一个传感器来测量三个空间方向上的力，或者同时测量扭矩和力。HBK久经考验的MCS10多分量传感器多年来一直是此类测量任务的可靠工具。 与所有基于应变的传感
串扰是如何引起的？如何轻松地进行补偿？
在很多应用中，例如在实验、机器人、装配生产过程中，都需要一个传感器来测量三个空间方向上的力，或者同时测量扭矩和力。HBK久经考验的MCS10多分量传感器多年来一直是此类测量任务的可靠工具。
与所有基于应变的传感器一样，多分量传感器需要采用。

基于应变的传感器是如何工作的？
应变片是一种将应变（即拉伸或压缩）转换为电阻变化的传感器部件。在应用中，至少需要四个这样的部件连接组成所谓的 惠斯通电桥 。当施加力、弯矩或扭矩时，桥路中的两个应变片被拉伸，而另外两个被压缩。通过对此类桥路提供激励电压，则可输出电压信号。由于应变片具有优异的线性，因此，基于应变的传感器非常精确可靠。应变片产生正应变或负应变取决于它们在中的位置。

因为两个应变片在桥路中表现为正应变（对张力响应），而另外两个表现为负应变（对压力响应），我们可以通过巧妙地布置应变片，确保传感器只对一种机械应力作出响应。
图1 安装应变片的弯曲梁。底部的应变片在压力作用下产生正应变，顶部的应变片对张力响应。
图2 传感器弯曲：底部的应变片变短，顶部的应变片变长，并导致测量信号产生。
图3 应用：所有的应变片应变大小和方向相同，输出信号为零。
如图所示，如果将应变片安装在梁上，当梁发生弯曲时，顶部的应变片变长，底部的应变片变短。如果桥路按照如此方式设计，则底部的应变片将对输出产生负影响，顶部的将产生正影响，并导致测量信号产生 (见图2)。另外，如果对梁施加拉向或压向力，所有四个应变片都变长或变短，则输出信号为零。通过这种方式，我们可以设计一个只对弯矩响应的传感器（见图3）。
与仅测量单个方向的力传感器或扭矩传感器不同，多分量传感器最多有六个测量桥路。每个桥路应变片的布置方式应确保输出信号仅为三个方向之一的力矩或力。 不同负载情况下应变片的布置及定位，可参考 一文。
串扰是如何产生的?
在上面的例子中，即使只施加一个方向的力或弯矩，也可以在其他方向上检测到非常小的测量信号。这是因为只有当所有四个应变片具有完全相同的应变并具有完全相同的灵敏度时，测量信号才可能完全为零。实际上，测量体有公差，每个应变片的灵敏度也不尽相同。
因此，每个多分量传感器都存在被称为串扰，也就是不需要信号的干扰效应。
串扰如何补偿?
第一步是考虑是否有必要进行补偿，因为MCS10系列传感器已经将串扰降至最低。HBK传感器在进行校准时，不仅要测量和评估被施加负载的部件，还要测量和评估传感器中的所有其他测量电路，以确保传感器在规定的误差范围内 - 因为串扰是技术参数表中规定的技术特性。例如z方向的力对x和y方向的影响，以及对扭矩和弯矩的测量电路的影响。
这些特性可在传感器随附的文档中找到。用如下矩阵表示：
图4 MCS10串扰补偿矩阵示例
上面这个例子是一个可以测量三个空间方向力的传感器。对于六分量传感器，将会有附加系数（Mx,My,Mz 处不为零）。
为了能够进行矩阵补偿，必须调整放大器，使其以 mV/V 形式输出未标度的测量值。
F´x 是串扰补偿力; Fx, Fy 和 Fz 是放大器测量的信号 (mV/V).
F´x 可通过以下方式确定:
F´x=1.28706 * Fx + 0.0027 *Fy + 0.01483*Fz
对于其他部件，以下一般是通用的：
在本示例中，采用的是一个三分量力传感器。除了这些力之外，还存在可以测量三个方向力及扭矩的传感器，一共有六个方程，每个方程有六个系数。
这种复杂的计算通过现代放大器，可以非常轻松地进行处理和串扰补偿。例如PMX和QuantumX数据采集系统都可以用来进行校正测量。
您还可以通过如下方式联系我们，了解更多产品与应用详情：
邮箱：hbmchina@hbm.com.cn
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