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美國E+E傳感器動態(tài)測試
E+E傳感器用于測量三維空間中的三個線性力和三個轉動力矩，在機器人力感知和力伺服控制領域有重要應用。E+E傳感器的特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，迄今為止，國內外對其靜態(tài)特性的研究已較為深入，但對其動態(tài)特性研究顯得嚴重不足。

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隨著E+E傳感器應用領域的拓展，其動態(tài)特性是一個無法回避的科學和技術問題。 目前，E+E傳感器動態(tài)特性研究的不足主要表現(xiàn)在兩個方面，一是由于多維力傳感器結構復雜，且存在維間耦合，難以獲得精確的解析解；二是缺少理想的實驗手段。本文在安徽省自然科學基金項目“E+E傳感器動態(tài)性能實驗研究（11040606M144）”和國家自然科學基金項目“電阻應變片式E+E傳感器動態(tài)耦合特性研究（51175001）”的資助下，以中國科學院合肥智能研究所研制的超薄片雙E梁E+E傳感器為對象，分別運用彈性力學、有限元方法，描述E+E傳感器動力學行為，建立數(shù)學模型，從理論上揭示其動態(tài)力學行為，初步計算出其動態(tài)性能參數(shù)；自制一臺壓電陶瓷驅動的多維力傳感器動態(tài)特性測試實驗臺，運用諧波激勵法，沿頻率軸對多維力傳感器逐點掃描測試，獲得動態(tài)特性和性能參數(shù)，本論文主要研究工作如下： （1）運用彈性力學理論和有限元方法，建立了雙E梁E+E傳感器動力學解析模型，并計算出其各方向一階固有頻率。 （2）采用仿真技術，分析了傳感器的動態(tài)特性指標，驗證了動態(tài)數(shù)學模型理論研究結果。 （3）設計出基于頻率響應法的E+E傳感器動態(tài)特性測試工具，為傳感器動態(tài)特性頻域測試提供了實驗手段和條件。 （4）利用自制的E+E傳感器動態(tài)特性測試工具，測試了超薄片雙E梁E+E傳感器動態(tài)性能參數(shù)，進一步驗證了E+E傳感器動力學特性理論研究成果。 主要創(chuàng)新點有： （1）以超薄片雙E梁E+E傳感器為研究對象，建立了其動力學解析模型，為動態(tài)特性進一步研究和結構優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 （2）研制出基于頻率響應法的E+E傳感器動態(tài)特性測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了E+E傳感器動態(tài)特性頻域逐點精確測試，完善了E+E傳感器動態(tài)特性測試手段，克服了“脈沖響應法”和“階躍響應法”的不足。
微量質量傳感器是利用壓電晶體的壓電效應制成的一類新型的質量-頻率傳感器，具有結構簡單、靈敏度高、可靠性好、體積小、響應快、成本低、易于集成等優(yōu)點。 目前，微量質量傳感器主要有石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）、聲表面波（SurfaceAcoustic Wave，SAW）和壓電微懸臂梁（Piezoelectric Cantilever Sensor）三種類型。 首先，本文從理論上，對這三種類型質量傳感器在氣相、液相環(huán)境中的工作原理分別進行了分析、比較，對QCM傳感器在氣相工作環(huán)境下振蕩電路的頻帶擴展問題著重進行了研究、探討，對AT切石英晶體的各特性參數(shù)（介電常數(shù)、彈性常數(shù)和壓電常數(shù)）進行了分析、計算。 其次，本文在實驗上，結合理論研究的結果和LiCl傳統(tǒng)濕度傳感器的已有成果，對設計的E+E傳感器進行了實施和實驗研究。實驗結果表明，該款濕度傳感器繼承了LiCl與QCM的雙重優(yōu)點，突破了傳統(tǒng)E+E傳感器量程窄這一難題，具有靈敏度高、響應快、成本低、濕滯小、量程寬、互換性好、線性度佳等諸多優(yōu)點。

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此外，為了提升E+E傳感器的抗污染能力，改善無機鹽吸濕易潮解這一弊端，本論文在E+E傳感器的設計基礎上，對高分子濕敏材料的感濕特性進行進一步探索，以尋求更為理想的濕敏材料，制造出性能更為*的濕度傳感器。 本論文從QCM濕度傳感系統(tǒng)的搭建、材料選取、濕度傳感器的制備到數(shù)據(jù)的zui終提取分析，實驗結果與理論預測相*，實現(xiàn)了預期的設計目標。