[发明专利]带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路及方法

说明书

本发明公开了一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路，包括三路电桥电路、仪用放大器、温度测量模块、STM32F103微控制器、DA输出模块和TTL转光纤模块，每路电桥电路与一个仪用放大器对应连接。本发明还公开了一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器的测量方法，本发明采用温度补偿来降低因温度差异导致的测量误差，同时通过光纤传输，避免了电磁干扰，大大提高了数据传输的可靠性。

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，特别是一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路及方法。

背景技术

力传感器是当今智能机器人的重要传感器之一。将力传感器安装在机器人的各个关节处,可检测机器人与外部环境相互接触或抓放工件时所承受力的大小和方向,为机器人控制提供力感信息，新型、高性能的三维力传感器具有广泛的应用前景，但环境温度实时变化，会对力传感器的测量精度产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路及方法，采用温度补偿来降低因温度差异导致的测量误差，同时通过光纤传输，避免了电磁干扰，大大提高了数据传输的可靠性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路，包括三路电桥电路、仪用放大器、温度测量模块、微控制器、DA输出模块和TTL转光纤模块，其中，

三路电桥电路，用于将三维力传感器的应变片的电阻变化率转换成电压，输出三路电压至仪用放大器；

仪用放大器，用于对三路电压进行放大，输出放大后的三路电压至微控制器进行测量；

温度测量模块，用于实时检测环境温度并将其输出至微控制器；

微控制器，用于首先进行标定，标定时先不加力和补偿电压，通过测量环境温度和进入微控制器的放大后的三路电压确定两者的关系，然后根据标定时确定的温度和进入微控制器的放大后的三路电压的关系，根据实时温度输出一个反向的补偿电压补偿到DA输出模块；微控制器并对接收到的放大后的三路电压进行测量，得到压力信号输出至TTL转光纤模块；

DA输出模块，用于将反向的补偿电压反馈至仪用放大器；

TTL转光纤模块，用于将微控制器输出的压力信号转换为光信号，通过光纤进行传输。

作为本发明所述的一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路进一步优化方案，微控制器为STM32F103微控制器。

作为本发明所述的一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路进一步优化方案，仪用放大器为AD8221仪用放大器。

作为本发明所述的一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路进一步优化方案，温度测量模块为AD7794温度测量模块。

作为本发明所述的一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路进一步优化方案，DA输出模块是AD5754DA输出模块。

基于一种带温度补偿和光纤输出的三维力传感器测量电路的测量方法，当三维力传感器没有压力时，改变使用环境的温度值，并测量电桥两端输出的电压，该电压为电桥的漂移电压V_drift，每改变一个温度值就测量出一个漂移电压，基于不同的温度值和该温度对应的漂移电压，通过数值插值的方法建立温度T和漂移电压V_drift的函数关系f(T),即：

V_drift＝f(T)

补偿电压V_offset和漂移电压的关系为：

V_offset+V_drift＝0