1．目的及意义

在测量渐进成形过程力的时候，PA/Al复合板的特征可能不同于单层片材，这取决于各层的排列和力学性能。为此，通过预测模型，包括分析、经验和数值方法，以及考虑关键工艺参数影响的大量实验工作，对PA/AL复合板钻孔时的过程力进行研究，建立起所测得的力的波形和PA/Al复合板粗糙度、表面毛刺、材料分层等之间的联系。

材料和结构部件的工程性质，特别是疲劳寿命、变形、尺寸稳定性、耐腐蚀性和脆性断裂可能受到力的显著影响。所以在加工成型的过程中，对工件受力的实时监测是十分有必要的。通过确定动态应变随时间变化的规律，并对其进行分析，可以根据统计特性研究结构或构件强度、刚度以及验证结构或构件设计的合理性。因此，受力分析是在加工过程中所必须的。

力传感器是试验技术和工业测量中用的较多的一种传感器；其中，又以采用应变式力传感器为最多，传感器量程从0.1N到10MN。力传感器主要作为各种电子秤、材料试验机和机器人的测力元件，在衡器、包装和机器人等行业大量应用。 国内的测力传感器主要是伴随军工业和航空航天业对测力的需求而逐渐发展起来的，因此国内的传感器始于 20 世纪 60 年代。随着国内经济的快速发展，各行业对测力需求增加，力传感器得到迅速发展，力传感器已由传统的工业领域，如衡器、冶金、包装等行业向许多边缘及交叉领域方面拓展，如：汽车检测及自控、织布机、化纤制造、建材试验等领域发展。这些行业对测力设备的需求不断增加，同时也对力传感器提出更多要求：设计合理、结构紧凑、多应用。这就要求力传感器的研制和生产单位研制和生产出结构先进、性能稳定、工作可靠的各种量程高准确度测力传感器，同时保证结构简单紧凑、工艺性好、便于大批量生产和高性价比的测力传感器。 对于应变片式测力传感器来说，传感器性能在很大程度上取决于弹性体的形状与相关尺寸，而其中形状影响最大。因此，要使得传感器达到特殊的测力性能，设计合理的弹性体结构是至关重要的。弹性体结构的构型决定弹性体受力时应力或应变分布，因此，应变式测力传感器设计就是对弹性体受力时应变分布情况的设计。对于应变式测力传感器弹性体的结构，除了需要满足机械性能要求，还必须保证弹性体上粘贴应变片部位的应变与弹性体承受的载荷保持相对应的关系，同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高的应变水平。因而在测力传感器弹性体的设计方面，经常应用应力集中的设计原则来确保贴片部位有较高的应变。应力集中的设计可以通过设计弹性体的结构布局设计来满足。

综上，此次设计目的与意义在于对搭建传感器过程的学习、掌握labview数据接收与显示的编程和建立实验数据与渐进成形过程中的相关因素的联系。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本次设计选用一种应变式测力系统，利用电阻式应变片搭建惠斯通电桥，并利用labview软件及相关硬件搭建成测量电路。在数据采集方面，采用的是美国的NI公司的配套的设备，NI9237 cDAQ9191。通过硬件系统，就可以将采集的应变数据传到LabVIEW上位机之中，然后通过LabVIEW的界面进行数据的实时监控并通过编程计算出受力的大小。

总体方案流程图如下：

应变片的原理就是将应变的变化量转换为电阻的变化量。但是电阻的微小变化并不能直接测量出来，所以我们还需要把电阻的微小变化量转变为电压或电流的变化，然后进行信号的调理。在转换电阻量的过程中，我们通常使用的是惠斯通电桥电路，它可以将电阻变化转化为电压变化，从而实现了微小阻值变化的转换。惠斯通电桥一般包含三种：1/4桥、半桥和全桥三种。由于单臂电桥存在较大的非线性误差和漂移，为了减少非线性误差并且消除温漂和零漂，提高灵敏度， 因此在本次设计中采用的是四臂差动电桥来设计三维力传感器。

在数据采集模块中，我选择的是NI USB-9237数据采集卡，数据采集卡的选型主要是根据以下几个要素来选择的：分辨率、采样率、采样模式、应变配置和信号输入范围。采样率指的是设备每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。其分辨率对应的是模数转换器用来表示模拟信号的位数。测量系统的分辨率越高，能检测到的信号变化就越小，所测得的相应精度就会越高，即提升了精度。NI 9237数据采集卡的测量系统的分辨率为24位，且拥有50 kS/s速率的4路测量电桥通道，并且可以将数据通过USB、以太网或 Wi-Fi将传输至上位机。可对NI9237编程提供2.5V、3.3V、5V、10V的激励电压。内部激励的最大激励电压是150Mw。各通道内置全桥、半桥电阻。NI9237同步电桥模块可以与CompactDAQ、CompactRIO配合使用，它可以同时驱动并测量4个基于电桥的传感器所需的全部信号调理功能，于此同时可执行偏移/调零操作以及分流校准与遥感的操作，这使得此模块成为了应变和电桥测量中的最佳的选择，基于以上原因，在本次实验中我们选用NI 9237数据采集卡。

在上位机接收数据并处理过程中，通过labview软件平台，在软件设计模块中，实现的主要功能如下：1.通过DAQ助手将数据采集卡采集到的数据输入LabVIEW中，进行对数据实时显示监控；2.并通过编程函数实现对传感器的测量及校正；3.将数据以文本的形式保存下来，便于我们对数据的处理。

3. 参考文献

[1] 杨兆建，王勤贤.传感器发展综述.[J]山西机械.2003(2):154-156