專利名稱：基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有壓阻特性、柔韌性和易加工性，故可作為柔性應(yīng)力傳感器的敏感材料。然而，這種復(fù)合材料是一種具有大分子鏈段結(jié)構(gòu)的粘彈性材料，其壓阻特性具有載荷速度依賴性，因此，基于這種材料的傳感器標(biāo)定與轉(zhuǎn)換算法較為復(fù)雜。由于目前國內(nèi)外對導(dǎo)電高分子壓敏復(fù)合材料壓阻特性的載荷速度依賴性及機(jī)理的研究還很不深入和完善，因此，如何消除載荷速度對監(jiān)測偏差的不利影響是目前亟需解決的難題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有發(fā)明的不足之處，提出一種基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，充分考慮了載荷速度的影響，其特征在于，該過程包括以下步驟:一種基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，其特征在于，該過程包括以下步驟:1、獲取壓敏材料相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)；2、獲取各節(jié)點(diǎn)載荷速度下壓敏材料相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)；3、由測得的壓敏材料電阻得到相對電阻和相對電阻變化率，再利用相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)，通過第一級插值得到實(shí)測載荷速度，并確定與實(shí)測載荷速度其相鄰的兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度；4、由相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)，分別利用第二級插值得到所測電阻在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度下的應(yīng)力值；5、利用第三級插值得到所測電阻在實(shí)測載荷速度下所對應(yīng)的應(yīng)力值。
本發(fā)明的特點(diǎn)及效果
本發(fā)明提出的基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，包括三級插值算法，充分考慮了載荷速度對電阻-應(yīng)力特性的影響，減小了壓縮應(yīng)力監(jiān)測的偏差。
具體實(shí)施方式
1、分別以￥1(1)(1 = 1，2，3，。。。，1^為大于2的正整數(shù))的載荷速度將就縮至某一應(yīng)力σ，記錄每一時刻的壓敏材料電阻與應(yīng)力數(shù)據(jù)，并由此得到壓敏材料相對電阻(壓敏材料電阻在某時刻的值與其 在壓縮初始時刻的值的比值)，進(jìn)而得到N套相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)[P(i，j)，X(j)] (j = 1，2，3，..^』為大于2的正整數(shù))，其中，￥1(1)為用于標(biāo)定的節(jié)點(diǎn)載荷速度，P(i，j)和X(j))分別為在V1Q)下的第j組節(jié)點(diǎn)應(yīng)力與節(jié)點(diǎn)相對電阻。計(jì)算復(fù)合材料在V1Q)下的相對電阻變化率Vr(i) (Vr(i) = [X(Tx)-X(O)]/Tx)，其中，Tx為設(shè)定的初始時刻(可根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用的具體要求而靈活調(diào)整)，進(jìn)而得到M組相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)[I (i)，V1 (i)]；
2、在監(jiān)測過程中，首先由獲取的電阻值得到相對電阻值，如下式所示:
r (t) = R(t) /R(O) (I)
式中，r(t)為復(fù)合材料在t時刻的相對電阻值，R(t)為復(fù)合材料在t時刻的電阻值，R(O)為復(fù)合材料在O時刻的電阻值；
3、由r(t)計(jì)算相對電阻變化率，如下式所示:
Vr(Tx) = [r (Tx)-r(O)]/Tx (2)
式中，\(TX)為復(fù)合材料在t時刻的相對電阻變化率，r (Tx)為復(fù)合材料在Tx時刻的相對電阻變化率，Ho)為復(fù)合材料在O時刻的相對電阻變化率；
4、由相對電阻變化率確定實(shí)測載荷速度，如下式所示:
V1=V1 ⑴ + [vr-Vr ⑴]X [V1 (i+1) -V1 ⑴]X [Vr (i+1) -Vr ⑴]-1 ⑶
式中，V1為實(shí)測載荷速度，Vr為t時刻的電阻變化率，V1⑴為第i個標(biāo)定節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)載荷速度，Vr (i)為第i個標(biāo)定節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)相對電阻變化率，V1 (i+1)為第i+Ι個標(biāo)定節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)載荷速度，I (i+1)為第i+Ι個標(biāo)定節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)相對電阻變化率，V1Q)與V1 (i+Ι)即為與V1相鄰的相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度；
5、確定r(t)所在電阻區(qū)間的節(jié)點(diǎn)相對電阻X(j)與X(j+1)，其中，X(j) < r(t)<x(j+l)；
6、確定在相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度V1Q)下，r(t)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力σ (i)，如下式所示:
。⑴=P(i，j) + [r (t) -X (j) ] X [P (i，j+1) -P (i，j) ] X [X (j+1) -X (j) ] ―1 (4)
式中，P(i，j)為節(jié)點(diǎn)載荷速度V1Q)下，節(jié)點(diǎn)相對電阻X(j)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；P(i，j+1)為節(jié)點(diǎn)載荷速度V1Q)下，節(jié)點(diǎn)相對電阻X(j+1)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；
7、確定在相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度V1 (i+Ι)下，r(t)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力σ (i+1)，如下式所示:
σ (i+Ι) = P (i+1, j) + [r (t) -X (j) ] X [P (i+1, j+1) -P (i+1, j) ] X [X (j+1) -X (j) ](5)
式中，P(i+1，j)為節(jié)點(diǎn)載荷速度V1 (i+1)下，節(jié)點(diǎn)相對電阻X(j)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；P(i+l，j+1)為節(jié)點(diǎn)載荷速度V1 (i+1)下，節(jié)點(diǎn)相對電阻X(j+1)所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；
8、確定實(shí)測載荷速度V1下，相對電阻值r(t)所對應(yīng)的應(yīng)力σ (t)，
σ (t) = σ ⑴ + [V1-V1 ⑴]X [。(i+Ι) -σ (i)]X [V1 (i+1) -V1 ⑴]―1 (6)
9、得到下一時刻的相對電阻r(t+l)后，重復(fù)步驟3_8，得到下一時刻的應(yīng)力σ (t+Ι)。
權(quán)利要求
1.一種基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，其特征在于，該過程包括以下步驟:1、獲取壓敏材料相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)；2、獲取各節(jié)點(diǎn)載荷速度下壓敏材料相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)；3、由測得的壓敏材料電阻得到相對電阻和相對電阻變化率，再利用相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)，通過第一級插值得到實(shí)測載荷速度，并確定與實(shí)測載荷速度其相鄰的兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度；4、由相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)，分別利用第二級插值得到所測電阻在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度下的應(yīng)力值；5、利用第三級插值得到所測電阻在實(shí)測載荷速度下所對應(yīng)的應(yīng)力值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三級插值的粘彈性壓敏材料壓縮應(yīng)力監(jiān)測方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先獲取壓敏材料相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)和各節(jié)點(diǎn)載荷速度下的相對電阻--應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)；再由測得的電阻得到壓敏材料相對電阻和相對電阻變化率，進(jìn)而利用相對電阻變化率-載荷速度標(biāo)定數(shù)據(jù)，通過第一級插值得到實(shí)測載荷速度，并確定與實(shí)測載荷速度相鄰的兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度；然后，由相對電阻-應(yīng)力標(biāo)定數(shù)據(jù)，分別利用第二級插值得到所測電阻在兩個相鄰節(jié)點(diǎn)載荷速度下的應(yīng)力值；最后，利用第三級插值得到所測電阻在實(shí)測載荷速度下所對應(yīng)的應(yīng)力值。該方法充分考慮了載荷速度對電阻-應(yīng)力特性的影響，減小了壓縮應(yīng)力監(jiān)測的偏差。
文檔編號G01N27/04GK103196597SQ201310097299
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者王璐珩 申請人:東北大學(xué)