专利名称：基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法
技术领域：
本发明涉及一种基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，属于测量技术领域。
背景技术：
导电高分子复合材料具有压阻特性、柔韧性和易加工性，故可作为柔性应力传感器的敏感材料。然而，这种复合材料是一种具有大分子链段结构的粘弹性材料，其压阻特性具有载荷速度依赖性，因此，基于这种材料的传感器标定与转换算法较为复杂。由于目前国内外对导电高分子压敏复合材料压阻特性的载荷速度依赖性及机理的研究还很不深入和完善，因此，如何消除载荷速度对监测偏差的不利影响是目前亟需解决的难题。发明内容
本发明的目的是为了克服已有发明的不足之处，提出一种基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，充分考虑了载荷速度的影响，其特征在于，该过程包括以下步骤:一种基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，其特征在于，该过程包括以下步骤:1、获取压敏材料相对电阻变化率-载荷速度标定数据；2、获取各节点载荷速度下压敏材料相对电阻-应力标定数据；3、由测得的压敏材料电阻得到相对电阻和相对电阻变化率，再利用相对电阻变化率-载荷速度标定数据，通过第一级插值得到实测载荷速度，并确定与实测载荷速度其相邻的两个相邻节点载荷速度；4、由相对电阻-应力标定数据，分别利用第二级插值得到所测电阻在两个相邻节点载荷速度下的应力值；5、利用第三级插值得到所测电阻在实测载荷速度下所对应的应力值。
本发明的特点及效果
本发明提出的基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，包括三级插值算法，充分考虑了载荷速度对电阻-应力特性的影响，减小了压缩应力监测的偏差。
具体实施方式
1、分别以￥1(1)(1 = 1，2，3，。。。，1^为大于2的正整数)的载荷速度将就缩至某一应力σ，记录每一时刻的压敏材料电阻与应力数据，并由此得到压敏材料相对电阻(压敏材料电阻在某时刻的值与其 在压缩初始时刻的值的比值)，进而得到N套相对电阻-应力标定数据[P(i，j)，X(j)] (j = 1，2，3，..^』为大于2的正整数)，其中，￥1(1)为用于标定的节点载荷速度，P(i，j)和X(j))分别为在V1Q)下的第j组节点应力与节点相对电阻。计算复合材料在V1Q)下的相对电阻变化率Vr(i) (Vr(i) = [X(Tx)-X(O)]/Tx)，其中，Tx为设定的初始时刻(可根据实际工程应用的具体要求而灵活调整)，进而得到M组相对电阻变化率-载荷速度标定数据[I (i)，V1 (i)]；
2、在监测过程中，首先由获取的电阻值得到相对电阻值，如下式所示:
r (t) = R(t) /R(O) (I)
式中，r(t)为复合材料在t时刻的相对电阻值，R(t)为复合材料在t时刻的电阻值，R(O)为复合材料在O时刻的电阻值；
3、由r(t)计算相对电阻变化率，如下式所示:
Vr(Tx) = [r (Tx)-r(O)]/Tx (2)
式中，\(TX)为复合材料在t时刻的相对电阻变化率，r (Tx)为复合材料在Tx时刻的相对电阻变化率，Ho)为复合材料在O时刻的相对电阻变化率；
4、由相对电阻变化率确定实测载荷速度，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为实测载荷速度，Vr为t时刻的电阻变化率，V1⑴为第i个标定节点处的节点载荷速度，Vr (i)为第i个标定节点处的节点相对电阻变化率，V1 (i+1)为第i+Ι个标定节点处的节点载荷速度，I (i+1)为第i+Ι个标定节点处的节点相对电阻变化率，V1Q)与V1 (i+Ι)即为与V1相邻的相邻节点载荷速度；
5、确定r(t)所在电阻区间的节点相对电阻X(j)与X(j+1)，其中，X(j) < r(t)<x(j+l)；
6、确定在相邻节点载荷速度V1Q)下，r(t)所对应的节点应力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)为节点载荷速度V1Q)下，节点相对电阻X(j)所对应的节点应力；P(i，j+1)为节点载荷速度V1Q)下，节点相对电阻X(j+1)所对应的节点应力；
7、确定在相邻节点载荷速度V1 (i+Ι)下，r(t)所对应的节点应力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)为节点载荷速度V1 (i+1)下，节点相对电阻X(j)所对应的节点应力；P(i+l，j+1)为节点载荷速度V1 (i+1)下，节点相对电阻X(j+1)所对应的节点应力；
8、确定实测载荷速度V1下，相对电阻值r(t)所对应的应力σ (t)，
σ (t) = σ ⑴ + [V1-V1 ⑴]X [。(i+Ι) -σ (i)]X [V1 (i+1) -V1 ⑴]―1 (6)
9、得到下一时刻的相对电阻r(t+l)后，重复步骤3_8，得到下一时刻的应力σ (t+Ι)。
权利要求
1.一种基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，其特征在于，该过程包括以下步骤:1、获取压敏材料相对电阻变化率-载荷速度标定数据；2、获取各节点载荷速度下压敏材料相对电阻-应力标定数据；3、由测得的压敏材料电阻得到相对电阻和相对电阻变化率，再利用相对电阻变化率-载荷速度标定数据，通过第一级插值得到实测载荷速度，并确定与实测载荷速度其相邻的两个相邻节点载荷速度；4、由相对电阻-应力标定数据，分别利用第二级插值得到所测电阻在两个相邻节点载荷速度下的应力值；5、利用第三级插值得到所测电阻在实测载荷速度下所对应的应力值。
全文摘要
本发明涉及一种基于三级插值的粘弹性压敏材料压缩应力监测方法，属于测量技术领域。该方法首先获取压敏材料相对电阻变化率-载荷速度标定数据和各节点载荷速度下的相对电阻--应力标定数据；再由测得的电阻得到压敏材料相对电阻和相对电阻变化率，进而利用相对电阻变化率-载荷速度标定数据，通过第一级插值得到实测载荷速度，并确定与实测载荷速度相邻的两个相邻节点载荷速度；然后，由相对电阻-应力标定数据，分别利用第二级插值得到所测电阻在两个相邻节点载荷速度下的应力值；最后，利用第三级插值得到所测电阻在实测载荷速度下所对应的应力值。该方法充分考虑了载荷速度对电阻-应力特性的影响，减小了压缩应力监测的偏差。
文档编号G01N27/04GK103196597SQ201310097299
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者王璐珩 申请人:东北大学