动态力传感器计量校准规范述评

梁志国; 王宁; 王吉鹏; 田峰

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2025.11.12

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计量学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11) : 1640-1647. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2025.11.12

力学计量

动态力传感器计量校准规范述评

梁志国 ¹ ,
王宁 ² ,
王吉鹏 ¹ ,
田峰 ¹

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Review on the Metrological Specifications for Dynamic Force Transducers

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摘要

对现行有效的动态力传感器检定规程和校准规范进行了研究，涵盖正弦力法、阶跃力法和冲击力法三种激励校准方法，以校准方法为主线，对各校准规范的计量校准项目、技术思想，以及计量技术特点进行了全面而系统的分析，从幅度量程范围、频率范围、力值方向、校准参数多少、溯源方式、校准工作量、适宜场景、对传感器的伤害等几个方面，进行了比较研究，讨论了每一校准方法各自的优点与不足，为上述各个规程规范的使用、修订、完善及后续计量技术研究提供了参考和借鉴。

Abstract

A study was conducted on the current effective verification regulations and calibration specifications for dynamic force sensors， covering three excitation calibration methods： sine force method， step force method， and impact force method. Taking the calibration method as the main line， a comprehensive and systematic analysis was carried out on the metrological calibration items， technical ideas， and metrological technical characteristics of each calibration specification. Comparative research was conducted from several aspects such as amplitude range， frequency range， force direction， number of calibration parameters， traceability methods， calibration workload， suitable scenarios， and damage to sensors. The advantages and disadvantages of each calibration method were discussed， providing reference and inspiration for the use， revision， improvement， and subsequent metrological technology research of the above-mentioned regulations and specifications.

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梁志国, 王宁, 王吉鹏, 等. 动态力传感器计量校准规范述评[J]. 计量学报. 2025, 46(11): 1640-1647 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.11.12

LIANG Zhiguo, WANG Ning, WANG Jipeng, et al. Review on the Metrological Specifications for Dynamic Force Transducers[J]. Acta Metrologica Sinica. 2025, 46(11): 1640-1647 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.11.12

中图分类号： TB931

参考文献

列表( 原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序 ) 可视化分析

[1]	中国科协. 中国科协发布60个重大科学问题和工程技术难题［EB/OL］. （2018-05-28）［2024-05-25］. https：//www.sohu.com/a/233197841_650021 本文引用 [2]

[2]	TEO W P， MCGUIGAN M R， NEWTON M J. The Effects of Circadian Rhythmicity of Salivary Cortisol and Testosterone on Maximal Isometric Force， Maximal Dynamic Force， and Power Output［J］. Journal of strength and conditioning research， 2011， 25（6）：1538-45. 本文引用 [1]

[3]	SIVASELVAN M V， REINHORN A M， SHAO X， et al. Dynamic force control with hydraulic actuators using added compliance and displacement compensation［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics， 2010， 37（15）： 1785-1800.

[4]	KAWAI S， GLATZEL T， KOCH S， et al. Interaction-induced atomic displacements revealed by drift-corrected dynamic force spectroscopy［J］. Physical Review B， 2011， 83（3）： 35421 -35421.

[5]	ARIMOTO S， YOSHIDA M， BAE J H， et al. Dynamic Force/Torque Balance of 2D Polygonal Objects by a Pair of Rolling Contacts and Sensory-Motor Coodination［J］. Journal of Robotic Systems， 2003， 20（9）： 517-537. 本文引用 [1]

[6]	FLÓREZ J A， VELÁSQUEZ A. Calibration of force sensing resistors （fsr） for static and dynamic applications［C］. 2010 IEEE ANDESCON， Bogota， Colombia， 2010：1-6. 本文引用 [1]

[7]	FUJII Y. Toward Establishing Dynamic Calibration Method for Force Transducers ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2009， 58（7）： 2358-2364..

[8]	NASCIMENTO D H A， MAGALHÃES F A， SABINO G S， et al. New Optimized Dynamic Calibration Proposition for Discretized Sensorized Insoles With Resistive Force Sensor： A Descriptive and Comparative Study［J］. Journal of biomechanical engineering， 2023， 145（4）： 041006-041012. 本文引用 [1]

[9]	黄俊钦，顾建雄. 高g值加速度计和压电式力传感器的动态校准［J］.计量学报， 2001， 22（4）：300-304. HUANG J Q， GU J X. Dynamic Calibration Method and System of Ultra-High g Accelerometer and Piezoelectric Force Transducer ［J］. Acta Metrologica Sinica， 2001， 22（4）：300-304. 本文引用 [1]

[10]	Kalibrierdienst（DKD） Deutscher. Dynamic calibration of uniaxial force measuring devices and testing machines （basic principles）：DKD-R 3-10 Sheet 1 ［S］. Berlin： DKD， 2017-06. 本文引用 [9]

[11]	Kalibrierdienst（DKD） Deutscher. Dynamische Kalibrierung von Kraftaufnehmern nach dem Sinusverfahren： Richtlinie DKD-R 3-10 Blatt 2 ［S］. Berlin： DKD， 2015-09. 本文引用 [5]

[12]	于梅，孙桥. 基于激光绝对法冲击校准技术的动态力测量方法的研究［J］. 现代测量与实验室管理， 2004， 12（4）：5-8. 本文引用 [3]

[13]	卢小犇，李政，李何良，等. 力传感器绝对法脉冲力校准的研究与试验［J］. 自动化技术与应用， 2020， 39（8）：14-19. LU X B， LI Z， LI H L， et al. Research and Experiment on Absolute Pulse Force Calibration of Force Sensor［J］. Techniques of Automation and Applications， 2020， 39（8）：14-19

[14]	郭致港，焦新泉，贾兴中.基于冲击激励的力传感器的动态数学模型研究［J］. 电子测量技术， 2022， 45（3）： 72-78. GUO Z G， JIAO X Q， JIA X Z. Research on dynamic mathematical model of force sensor based on impact excitation［J］. Electronic Measurement Technology， 2022， 45（3）： 72-78.

[15]	闫瑞，骆昕，赵强，等. 基于LabVIEW的冲击法动态力传感器校准装置［J］.计量科学与技术， 2021， 65（10）： 54-57 YAN R， LUO X， ZHAO Q， et al. LabVIEW-Based Calibration Device for Impact Dynamic Force Sensors［J］. Metrology Science and Technology， 2021， 65（10）： 54-57 本文引用 [2]

[16]	张于北. 从实验看力传感器动态标定的必要性［J］.测试技术学报， 1994，8（S1）： 65-68 ZHANG Y B. The necessity of dynamic calibration of force sensors through experiments［J］. Journal of Test and Measurement Technology， 1994，8（S1）： 65-68 本文引用 [1]

[17]	张于北，梁志国. 模型化思想指导下的加速度传感器动态校准技术［J］. 测试技术学报， 1996，10（2）： 354-358. ZHANG Y B， LIANG Z G. Calibrating accelerometer dynamically under the guidance of the thought of model based measurement ［J］. Journal of Test and Measurement Technology， 1996， 10（2）： 354-358. 本文引用 [1]

[18]	魏燕定，贾叔仕.一种宽频带的负阶跃力的发生装置［J］.计量与测试技术， 1995， 22（1）：16-19. WEI Y D， JIA S S. A device for generating broadband negative step force， Metrology & Measurement Technique， 1995， 22（1）：16-19.

[19]	何闻. 大力值宽频带标准负阶跃力的产生机理和计量技术的研究［D］. 杭州：浙江大学， 1997.

[20]	魏燕定. 标准负阶跃力的实现及其测量研究［J］. 实验力学， 2001， 16（1）：7-12. WEI Y D， A Study on the Generation of Standard Negative Step Force and Its Measurement［J］. Journal of Experimental Mechanics， 2001， 16（1）：7-12.

[21]	张于北. 对力传感器做动态标定的装置： CN94246366.8［P］. 2024-05-12.

[22]	张于北. 对力传感器做动态标定的方法：CN 94113375［P］. CN 1125845 A［2024-05-12］. 本文引用 [1]

[23]	方继明，张训文，刘向阳. 多功能超高压现场动态校准装置［C］//全国压力计量测试新技术学术研讨会论文集. 北京：中国计量测试学会， 1998：12-17. 本文引用 [2]

[24]	何闻，李劲林，陈群，等.正阶跃力试验系统：CN 201420015870［P］. 2024-05-12. 本文引用 [1]

[25]	江文松，尹肖，李泓洋，等. 基于参数辨识的力传感器动态校准方法［J］. 计量学报， 2021， 42（5）： 603-608. JIANG W S， YIN X， LI H Y， et al. Dynamic Calibration Method of a Force Transducer Based on Parameter Identification［J］. Acta Metrologica Sinica， 2021， 42（5）： 603-608. 本文引用 [2]

[26]	张力. 激光干涉法进行正弦力校准研究［J］. 计量学报， 2005， 26（4）： 337-342. ZHANG L. Investigation of Interferometric Methods in Sinusoidal Force Calibration［J］. Acta Metrologica Sinica， 2005， 26（4）： 337-342. 本文引用 [1]

[27]	王宇，张力，洪宝林，等. 正弦力校准中降低质量块振动响应不均匀影响的设计方案［J］. 振动与冲击， 2010， 29（7）：228-231 WANG Y， ZHANG L， HONG B L， et al. Mass design plan in sinusoidal force calibration to avoid nonuniform vibration response［J］. Journal of Vibration and Shock， 2010， 29（7）： 228-231

[28]	田峰，尹肖，李博，等.正弦力校准装置的研制［J］.计测技术， 2021， 41（3）： 25-29. TIAN F， YIN X， LI B， et al. Development of Sinusoidal Force Calibrating Device［J］. Metrology & Measurement Technology， 2021， 41（3）：25-29.

[29]	汪凤泉，许秀芝. 动态力传感器校准的两次配重消去法［J］. 计量学报， 1990，11（4）：304-310. WANG F Q， XU X Z. The Elimination Method by Adding Balance Weight Twice in Calibration of Dynamic Force Transducer［J］. Acta Metrologica Sinica， 1990， 11（4）： 304-310.

[30]	蔡永洪，孙晓辉. 基于伺服驱动的离心式动态力校准装置［J］. 计量学报， 2019， 40（5）： 875-879. CAI Y H， SUN X H， Centrifugal Dynamic Force Calibration Device Based on Servo Drive［J］. Acta Metrologica Sinica， 2019， 40（5）： 875-879.

[31]	王振，王军，夏冰玉，等. 正弦法的压电式力传感器动态特性的研究［J］. 仪表技术与传感器， 2023（5）：118-122. WANG Z， WANG J， XIA B Y， et al. Study on Dynamic Characteristics of Piezoelectric Force Sensor Based on Sine Method［J］. Instrument Technique and Sensor， 2023（5）：118-122. 本文引用 [1]

[32]	全国力值硬度计量技术委员会. JJF1370-2012 正弦法力传感器动态特性校准规范［S］. 北京：中国质检出版社，2012 本文引用 [7]

[33]	中国航空工业总公司第304研究所. JJF 1053-1996 负荷传感器动态特性校准规范［S］. 北京：中国计量出版社，1996. 本文引用 [1]

[34]	中国计量科学研究院. JJG 632-1989 动态力传感器检定规程［S］. 北京：中国计量出版社，1989-09-11. 本文引用 [4]

[35]	Methods for the calibration of vibration and shock transducers-part11： Primary vibration calibration by laser interferometry：ISO 16063-11 ［S］. 1999. 本文引用 [1]

[36]	Standard Practice for Verification of Constant Amplitude Dynamic Forces in an Axial Fatigue Testing System：ASTM E467-08 ［S］. 2014. 本文引用 [2]

[37]	Metallic materials-Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing-Part1： Testing systems：ISO 4965-1： 2012（E）［S］. 2012.

[38]	Metallic materials-Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing-Part 2： Dynamic calibration device （DCD） instrumentation： ISO 4965-2： 2012（E）［S］. 2012. 本文引用 [2]

[39]	DEYST J P， SOULDERS T M， SOLOMON O M. Bounds on Least-Squares Four-Parameter Sine-Fit Errors Due to Harmonic Distortion and Noise［J］. IEEE Transaction on Instrumentation & Measurement， 1995， 44 （3）： 637-642. 本文引用 [1]