微型力/力矩传感器：使用与应用

微型力/力矩传感器（Micro Force/Moments Sensor）一般是在传感器上集成压阻式应变片，利用其压阻效应，导出力学量，微型力传感器能够测量mN～N单位范围的力。

压阻效应（Piezoresistive Effect）是指单晶硅材料在受到应力作用时产生应变。由于其原子结构内的能级改变，载流子迁移率及浓度发生变化，导致其电阻率发生剧烈变化，结果单晶硅材料的电阻就有极大变化。利用压阻效应制成的压阻传感器具有灵敏度高、动态响应好、过载能力强、柔顺性及重复性好、耐疲劳等优点。

压阻传感器的硅芯片上集成了桥臂电阻，图3-24所示为几种电桥电路，图3-24a是惠斯顿电桥，其中一臂接至传感器，由被测物理量产生阻值变化R1±ΔR1，另一臂阻值R2固定；图3-24b为差动半桥，对应两桥臂接入差动传感器，当被测物理量作用时，两臂阻值发生差动变化R1±ΔR1与R2±ΔR2；图3-24c为差动全桥电路，对应4个桥臂接入差动传感器，在被测物理量作用下，4个桥臂发生差动变化：R1±ΔR1，R2±ΔR2，R3±ΔR3，R4±ΔR4。

图3-24　几种电桥电路

基于压阻效应的电阻变换器，都设计在等臂电桥工作状态，即在无被测量作用时的初始状态，各臂电阻值相同，在电压源E供电时，对应各桥路的输入ΔR和输出U的关系分别为(www.xing528.com)

高性能微型力传感器是机器人智能化、医疗器械微型化、军事技术装备发展的关键元器件之一，下面就微型力传感器在显微手术机器人中的应用做简要介绍。显微手术机器人要成功实施手术，其末端集成的传感器必须具有较好的精度、分辨率等静态特性，同时传感器的数据采集、处理模块须实时准确反馈钻切信息。在选择微型力传感器时，要综合考虑以上技术要求。在机器人工作中，施力物体通过微型力传感器的力触点钢球，将力施加在具有压阻效应的硅微敏感元件上，引起力传感器的电信号发生变化，将该信号经过运算放大器放大后，经信号调理电路，传送给控制器或显示仪，完成手术中力的控制。