随着工业社会的发展,机器人领域、精密加工行业以及医疗等方面都需要配备完善的检测环节,传感器作为检测环节的重要组成部分,得到了广泛关注并迅速发展。其中多维力传感器已经较为成熟的应用于各个领域,但目前也存在值得去改变或提升的地方,以满足对后续发展的迫切需求,例如,多维力传感器的无线检测技术;同时需要算法解耦的多维力传感器在输出时会产生由计算导致的延迟和由不同算法导致的不同误差等。根据以上分析,本文采用霍尔效应作为传感器的检测原理,能够进行无线实时检测输入力信息和转速,结构方面采用机械结构实现自解耦,整体实现了各个检测区域信号的直接输出。首先,本文先对霍尔效应进行调研和分析,继而结合永磁体轴线上磁场强度与距离的数学关系,建立磁场强度与霍尔电压的数学模型。通过MATLAB软件对简化的数学模型进行仿真分析确定线性检测区间。根据霍尔效应检测原理和机械自解耦原理进行多维传感器的设计,阐述了轴向力、弯矩以及扭矩的机械自解耦传递过程和工作方式;同时,通过ANSYS有限元仿真软件对传感器的机械自解耦特性进行了仿真分析,仿真结果证明传感器的解耦原理;并对结构进行优化,并结合实际加工情况装配最终传感器模型。之后对传感器零件进行加工制作,装配得到传感器样机。其次,传感器的解耦特性需要仿真分析结果证明,而且需要在理论层面上验证。本文运用力学知识对传感器模型进行数学建模分析,分析轴向力、弯矩以及扭矩的传递过程中的具体参数,分别进行计算,得到输入力与永磁体位移的映射关系,结合霍尔电压的公式,得到输入力信息与输出变化电压之间的准确关系,即映射矩阵。矩阵结果从理论层面上验证了本文中多维传感器的自解耦特性。最终,对实验室自行研制的综合加载实验平台进行标定,确保能够准确的加载,并需要对传感器进行标定,确定检测区间,实时检测的状态等信息;同时对传感器进行耦合加载实验、相关特性实验以及转速检测实验,通过转速检测实验,也证明本文中传感器能够实现转速的实时检测;此外,本文对传感器检测过程进行不确定度分析,衡量检测过程的可靠性。从多个实验结果表明:本文中的基于霍尔效应的多维传感器具有机械自解耦能力,能够实现无线实时检测且各种特性表现良好。