基于数值理论与拓扑优化下电阻式应变传感器灵敏度的研究

2021-07-24廖玉松谭邦俊

西安航空学院学报 2021年1期

胡斌，廖玉松，谭邦俊

(滁州职业技术学院汽车工程系，安徽滁州 239000)

0 引言

目前电阻式应变传感器在军事设备、机器人、医疗器械等领域应用十分广泛[1]。电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。其灵敏度是衡量电阻式应变传感器测量精度的重要指标之一[2]。本文以目前一款电阻式应变传感器为例，首先利用WorkBench有限元软件进行力学分析确定贴片区域。继而结合电阻传感器工作原理与复合梯形公式对有限元得到数组进行处理，分析灵敏度的理论值。最后利用拓扑优化软件对其进行优化设计，从而提高其电阻式应变传感器的灵敏度。图1所示为本文所处理的电阻式应变传感器。

图1 电阻式应变传感器

1 有限元分析

1.1 模型的建立

根据图1所示电阻式应变传感器建立三维模型和有限元网格模型，如图2所示。图2(a)所示的应变式传感器的弹性体敏感元件三维模型建模利用的是三维UG软件。接下来，将建成的三维模型导入WorkBench有限元软件中进行网格划分，划分网格时采用六面体网格，确保有限元求解结果的精度[3]，结果如图2(b)所示。