#1. 設計背景
在RM競賽中，在制作能量機關的時候，存在著如何實現對彈丸擊打的檢測，經調查，可能會存在著如下的方案：
（1）震動傳感器：精度有限，可能會發生誤判，難以區分打到了哪個葉片；
（2）加速度傳感器：可能會由于擊打產生的加速度比較小，而且時間短，需要對數據進行較多處理；
（3）電阻式應變片檢測被擊打區域的形變。
在帖子2019大風車能量機關制作開源——哈工大威海HERO戰隊：https://bbs.robomaster.com/forum.php?mod=viewthread&tid=8217&extra=page%3D1%26filter%3Dtypeid%26typeid%3D167中，使用的方案是加速度傳感器。

經過方案研究，覺得電阻式應變片的檢測也是可以完成設計要求的，并且在設計出合理的機械結構和信號調理電路之后，能極大簡化檢測邏輯，并在理論上有較高的檢測精準度。

#2. 設計原理
測試使用的能量機關如圖1所示，圖中標注了需要檢測彈丸擊打的位置，在此位置里面可以按照實際情況，在合適的板材（例如較薄的金屬板）上面粘貼電阻式應變片。檢測區域內如果被彈丸擊中，則對應的金屬板會產生形變，隨之電阻式應變片的電阻會發生改變，通過檢測電阻值的變化量可以對擊打動作進行判斷。

圖1 電阻式應變片在檢測區域內的安放示意圖

對于電阻式應變片所粘貼的金屬板特性的選取可以考慮如下幾個方面：
（1）需要滿足足夠的結構強度，即在多次擊打之后不產生較大的非彈性形變；
（2）盡量小的彈性系數，即在被擊打之后能產生較大的形變程度；
（3）易于設計和安裝。

#3. 檢測方案
以網上某廠家生產的電阻式應變片為例，其命名規則如圖2所示：

圖2 某廠家生產的應變片命名規則

如圖3所示為電阻應變片的基本結構示意圖：

圖3 電阻應變片的基本結構示意圖

暫時選取應變片型號為：BF120-100AA，即該應變片在不產生形變時，阻值為120Ω，如果因外力導致形變，其電阻值會隨形變的大小而發生變化。根據此原理即可對金屬基板的形變進行檢測，從而判斷是否被擊中。

由于電阻式應變片在形變之后其電阻值變化比較小，可能有較大形變的情況下阻值也只變化5Ω左右，所以難以直接通過歐姆定律直接對其電阻值變化。因此可以使用平衡電橋電路來對應變片的電阻變化進行檢測，即將電阻應變片的微小阻值變化轉換為一個微小的電壓變化量。另外使用儀用放大電路將微小的電壓變化量進行放大，最終可以由單片機的ADC直接對放大之后的電壓變化量進行采集和數據處理，即可判斷出來能量機關的對應區域是否被擊中。

下面將使用仿真軟件對檢測電路進行仿真分析。
設定如下假設：
（1）未發生形變時，電阻應變片的阻值為120Ω，被擊中之后產生最大形變的時候其電阻值變為125Ω，在仿真環境中直接使用電阻來模擬；
（2）忽略其它非理想因素。

使用Multisim來仿真電路，3中結果如下（反映電阻應變片電阻由115Ω~125Ω變化范圍內，電路輸出電壓的變化情況）：

圖4 電阻應變片未發生形變時（電阻為120Ω）的仿真結果

對于圖4而言，在實際系統中，因為實際的器件參數均會隨時間變化，所以在使用一段時間之后會發現電阻應變片沒發生形變時，輸出電壓也不再是1.65V了。
因此可以把電阻R5換成一個可調電阻。在每次測試之前通過調節電位器R5的阻值，使輸出電壓重新為1.65V，即電橋的調零操作。

圖5 電阻應變片發生形變時（電阻為125Ω）的仿真結果

圖6 電阻應變片發生形變時（電阻為115Ω）的仿真結果

對于圖6而言，在理論情況下，電阻應變片的阻值是不會小于120R的，但是在實際過程中，對于電阻應變片而言是有可能比標稱的120R小一些的。圖6的仿真只是體現了這個測試電路在應變片電阻小于120R的時候也具備檢測能力。

#4. 檢測結果分析
由之前的仿真結果可知：
? 當電阻應變片未到形變，電阻變為120時，輸出電壓（電壓表XMM1）為1.648
? 當電阻應變片受到形變，電阻變為125Ω時，輸出電壓（電壓表XMM1）為2.706V
? 當電阻應變片受到形變，電阻變為115Ω時，輸出電壓（電壓表XMM1）為0.557V

因此，可以表明該電路具備相應的將電阻應變片的形變量轉換為0-3.3V之間電壓的能力。即在使用過程中，可以通過檢測電路電壓的輸出來判斷當前的形變量，從而判斷能量機關是否被擊中。
另外，甚至可以對該電路的輸出電壓進行高速檢測，并且可通過電壓波形來分析能量機關是被何種子彈擊中的。

對于上述電路，給出其理論輸出電壓隨電阻應變片電阻值變化的公式：

可以根據該公式對比仿真結果，是一致對應的。

仿真資源詳見：https://download.csdn.net/download/suiji2442/85043183

總結

以上是生活随笔為你收集整理的使用电阻应变片实现对弹丸击打的检测的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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