在1939-1945年间，在战争的促进下，许多工业生产技术都有了较大的进步，其中就包括了压电式测力仪的实用化，让这个多年前发明的测力系统真正开始被用作对工业生产的测力。1944年成立的瑞士机车和机器制造厂 (SLM) 为了确定燃烧时气缸中的压力曲线和峰值压力，年轻工程师Walter P. Kistler 和 Hans Conrad Sonderegger 开始研发一系列的测力系统，该公司即是在测力系统研发做出巨大贡献的Kistler公司的前身。

    虽然我国在上世纪70年代就开始自主研究我们自己的切削测力系统，并在接下来的数十年间不断发展，从一开始单一的单向测力系统，逐渐发展到今天复杂多样的单向测力、双向测力以及三向测力系统，相比以前获得了强所未有的巨大进步，但是不得不承认我国测力系统的研制相比国外先进水平还有较大差距，因为起步晚，和世界先进的研发团队缺乏交流，所以在今后为了追赶世界一流水平，让我国工业真正在质量上跻身世界一流的水平，测力系统这一方面依然需要我们付出艰辛的努力。

1.2.2  测力传感器的主要类型

    经过长时间的发展，测力系统中的传感器有了许多不同的类型，它们有着各自的特点以及不同的测力范围和适用场合。下文主要将介绍应用范围最广的三种测力传感器及其特点，从中选择出适用于我们本次设计的一种传感器。

（1） 压电式传感器

压电式传感器的主要原理是利用压电晶体本身的压电效应，实现自发电和机电转换。压电晶体受到外力作用后从表面产生一定的电荷，随后电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后，其电量输出能够直观的表示出压电晶体所受的外力大小。压电式传感器的优点是其灵敏度较高、信噪比高、结构相对简单、性能可靠和小巧轻便等，但缺点是许多压电晶体需要采取防潮措施，否则容易对电荷输出的稳定性造成负面影响。同时，压电式传感器输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路，或者是利用电荷放大器来克服这一缺点。

图1.1  Kistler 9077c三分量力传感器

鉴于本次设计只考虑最佳的测量性能，不考虑成本和其他使用因素的情况下，压电式传感器无疑在三种传感器中拥有较高的测量精度，动态测量性能好，适合用于高速旋转的端铣切削过程测力，所以选用压电式传感器。

（2）  电阻应变式传感器

对截面均匀的导体（或半导体），其电阻可以通过公式计算

其中， 为导体（或半导体）的电阻率，L为导体（或半导体）的长度，S为导体（或半导体）的横截面积。当该材料在拉力或压力作用下时，ρ、L、S均会随着材料的变化而发生变化，由此导致电阻值也发生变化的这一现象，称为应变效应。通过对上式先取对数，再微分，可得出电阻的相对变化量

因为轴向应变ft和径向应变fr之间存在

由此关系可得

其中，r是材料半径， 是材料的泊松比。

电阻应变式传感器由于精度高，测量范围广而被广泛采用，但是存在由于其在测量大应变时输出信号弱，而且测量值非线性严重等缺点。

（3）  电容式传感器

电容式传感器是能够将被测量转化为电容变化的一种传感器，特点是能实现非接触式测量，能适应各种温度、辐射、磁场等恶劣环境，但是极其容易受到系统中其他部分的寄生电容影响，导致测量精度低。论文网

电容式传感器最常用的，是平行极板电容器，其中的电容C可以由公式得