作者：Keisuke Matsumoto

Application Engineer

當下，隨著數字化的發展，傳感器設備的升級也取得了巨大進展。十多年前，全模擬傳感器設備仍然是主流。要實現高精度的傳感，必須進行線性化校正與溫度補償等工作，但在全模擬配置中進行上述校正和補償是一項艱巨的任務。

然而，隨著MCU和ADC的普及，一種可通過數字信號處理方便地進行線性化校正與溫度補償的高精度傳感器設備問世了。

近幾年，傳感器設備更是不斷發展，已經能夠在一個傳感器設備上安裝多個傳感器，信號處理也變得越來越復雜。

圖1 全模擬配置的傳感器設備

圖2 使用ADC和MCU的傳感器設備

在這些不斷進化的傳感器設備中，瑞薩近年來比較關注的是力傳感器。例如，力傳感器可以安裝在機械臂前端，用于測量載荷和扭矩。如下圖所示，結構體上安裝有應變傳感器。結構體受力時，應變傳感器將被拉伸或壓縮。通過測量其拉伸或壓縮量進而可測量出載荷和扭矩。

圖3 六軸力傳感器的結構

六軸力傳感器總共安裝有6個應變傳感器，X/Y/Z這3個軸的載荷和各軸的扭矩匯總計算后即可獲得6個軸的測量結果。載荷F和扭矩T根據應變S按如下行列式計算。

為了快速準確地控制機械臂，需要力傳感器實現快速精準的應變傳感器測量和矩陣運算。此外，關鍵是基板面積需要控制在可安裝在機械臂頂端上的尺寸范圍內。

要應對這些課題，RX23E-A或許是最佳的選擇。RX23E-A是一款單芯片MCU產品，其內部搭載了可實現低噪聲/低漂移的AFE以及具有出色的DSP/FPU運算能力的RXv2內核，并專門針對力傳感器進行了配置。本次發布的應用指南總結了基于RX23E-A的六軸力傳感器測量實例，下面對其結果進行介紹。

圖4 基于RSSK-RX23E-A評估板的六軸測力系統

測力誤差在±0.25%滿量程以內，扭矩測量誤差在±1%以內，因此可以確認本次所使用的力傳感器能夠在規格范圍內進行測量。

表1 規格和評測結果

圖5 非線性誤差評測結果

評估版

本次評測使用瑞薩的Renesas Solution Starter Kit(RSSK-RX23E-A)評估板進行。用戶可以將配套的樣例程序寫入RSSK，進行力傳感器測量。還可以利用RSSK配套的PC工具，實時查看力傳感器的測量結果。

解決方案

本次介紹的解決方案已發布，點擊下方小程序卡片即可查看《RX23E-A組力傳感器測量示例》。

原文標題：工程師說 | 不斷升級的傳感器設備和基于RX23E-A的測力傳感器

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審核編輯：湯梓紅