[實用新型]線性化的振弦式測力傳感器

無效

• 申請號: 01263246.5
• 申請日: 2001-10-12
• 公開（公告）號: CN2526811Y
• 公開（公告）日: 2002-12-18
• 發明（設計）人: 竺長安;李勝利;徐厚勝;楊圣;張屹;王海
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學;銅陵市三愛思電子有限公司
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本實用新型涉及以振弦的頻率變化而反映受力變化的傳感器。

背景技術：

振弦式測力傳感器是一種常用的測力傳感器，它是利用振弦的固有頻率同振弦受力之間的對應關系進行力的測量。其結構一般為在弓形的變形體上安裝一根張緊的金屬絲(作為諧振元件，通常稱為振弦)。在電磁激勵下，振弦按其固有頻率振動。通過改變振弦的張緊力T，可以得到不同的振動頻率f，即張緊力與諧振頻率之間呈函數關系。因此，可以通過測量振弦的振動頻率而得到傳感器的受力情況，從而最終達到測力的目的。由振弦的振動頻率f及振弦的變形量Δl公式： f = 1 2 l T ρ ]]>及 Δl = Tl EA ]]>可以得到振弦的變形量，即 Δl = 4 ρ f 2 l 3 EA ]]>式中：ρ——振弦的線密度，T——振弦的張緊力，λ——振弦的長度，E——振弦的彈性模量，A——振弦的橫截面積。由公式可以看出，振弦的振動頻率f與振弦變形量Δl之間的關系是一個接近于拋物線的非線性關系(其函數曲線如附圖1所示)。

為了使傳感器達到較高的技術指標，必須對它進行非線性補償。即：需要對傳感器的非線性特性進行線性化處理。因為，無論哪一種傳感器在設計、制造或使用時，都希望輸出量和輸入量之間具有線性關系，同時這也是提高傳感器精度的必要手段。目前，非線性補償處理的方法很多，主要有：近似線性化、插值法、差動補償法等，這些非線性補償方法都是在后續補償的前提下進行的，對測量元件的測量結果運用數學手段加以處理，或是難以達到所需的精度，或是要增加設備配置，或是受到硬件的限制、在某些場合實現上有一定困難。

發明內容：

本實用新型的目的在于提供一種線性化的振弦式測力傳感器，它可通過傳感器本身的結構直接實現線性化，且精度較高。?

本實用新型的技術解決方案如下：

整個傳感器仍然由振弦和張緊振弦用的變形體所構成，其特征在于變形體的一端為六桿結構，其中相鄰桿的端點之間為柔性鉸鏈連接；待測負載通過杠桿結構傳遞到六桿結構中的變形輸入端，振弦連接在六桿結構中的變形輸出端。

本實用新型是通過對傳感器本身的結構進行改變，從而對其非線性特性進行補償。將原先直接對受力情況(即待測負載)進行測量的一級結構改變為使待測負載分成兩級傳遞到振弦上的結構。

第一級為“力——變形”結構，輸入為待測負載T，輸出為變形量ΔL。該結構附加在變形體前，采用通用的杠桿結構使待測負載T同輸出變形量ΔL之間有嚴格的線性對應關系，從而待測負載就可以表達為

????????????????????????????????T＝aΔL+b式中a、b為定參數，由結構本身的特性決定。這樣，傳感器所需測量的負載就線性地轉化為第一級的輸出變形。

第二級為“變形——變形”結構，輸入為第一級的輸出變形量ΔL，輸出為振弦的變形量Δl。采用六桿結構使ΔL與Δl之間有接近于拋物線的非線性關系、而且其彎曲方向與附圖1所示的彎曲方向正好相反(見附圖2)。這樣，通過兩者的共同作用，就可以使振弦的頻率同第一級的輸出變形之間有基本線性的對應關系，所以就最終建立了振弦頻率同待測負載之間的近似線性關系。從而達到了對于傳感器的非線性補償目的(因此，這一級結構也可以稱作是非線性補償結構，或稱線性化結構)。