[實用新型]一種二維力傳感器

有效

• 申請號: 201120286907.0
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN202216783U
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 崔建偉;吳建鋒;宋鈺濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L5/16
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本實用新型涉及一種傳感器，具體來說，涉及一種二維力傳感器。

背景技術

多維力傳感器能夠測量三維空間中多個力的分量，在機器人、自動控制、虛擬現實技術等諸多領域中有廣泛的用途。目前，關于多維力傳感器已經進行了大量的研究，形成了多種專利技術，但傳感器作為一種機械量——電量轉換器件，它的實現方法主要是：由某種對力敏感的彈性結構將力的作用轉換成結構的變形，在變形處粘貼應變片，應變片與會敏感元件一起發生彈性變形，同時應變片的變形與其電阻對應，這就實現了機械量——電量的轉換。可見，能敏感機械量的敏感結構決定了多維力傳感器的基本形式，目前主要有以下三大類；（1）基于十字梁結構的多維力傳感器，其典型結構如公告號為CN1425903A的中國專利文件公開的傳感器，這種傳感器用整體制造的十字形應變梁作敏感結構，將空間力轉換成十字梁的變形；在應變梁上粘貼應變片用以測量十字梁的變形，同時就可以測量出不同方向的力。根據需要，粘貼不同數量的應變片還可以設計成2～6維不同形式的多維力傳感器。（2）基于筒形結構的多維力傳感器，典型結構如公告號為CN201561825.U的中國專利文件公開的傳感器，這種傳感器的特點是在一個圓筒上不同位置沿圓周方向及軸向方向開槽，以增加圓筒的彈性，從而形成可以將力轉換成變形的彈性敏感結構，粘貼應變片就可以測量多維力；（3）各種基于并聯機構的多維力傳感器，典形結構如公告號為CN101329208A的中國專利文件公開的傳感器，它是一種基于Stewart并聯機構的多維力傳感器。這些傳感器的共同缺點是制造都很困難，不宜推廣應用。

發明內容

技術問題：本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種二維力傳感器，結構簡單，制造方便，適合大范圍推廣應用。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種二維力傳感器，包括矩形截面梁，該矩形截面梁包括相對的頂面和底面，相對的第一側面和第三側面，相對的第二側面和第四側面；

第一側面和第三側面上開有上下布置的第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔的軸線相互平行，且位于同一豎面中；在第一通孔和第二通孔之間開有第一通槽，該第一通槽連通第一通孔和第二通孔；在第一通孔的兩側分別設有一個第一應變片，該兩個第一應變片分別粘貼在第二側面和第四側面上；在第二通孔的兩側分別設有一個第二應變片，該兩個第二應變片分別粘貼在第二側面和第四側面上；

在第二側面和第四側面上開有上下布置的第三通孔和第四通孔，第三通孔和第四通孔的軸線相互平行，且位于同一豎面中；第三通孔的軸線和第一通孔的軸線相互垂直，在第三通孔和第四通孔之間開有第二通槽，該第二通槽連通第三通孔和第四通孔；在第三通孔的兩側分別設有一個第三應變片，該兩個第三應變片分別粘貼在第一側面和第三側面上；在第四通孔的兩側分別設有一個第四應變片，該兩個第四應變片分別粘貼在第一側面和第三側面上。

有益效果：與現有技術相比，采用本實用新型的技術方案的有益效果：

1.傳感器結構簡單，制造方便，適合大范圍推廣應用。本技術方案中的二維力傳感器結構簡單。本二維力傳感器是在矩形截面梁上開設通孔和通槽，然后在矩形截面梁上粘貼應變片即可。在制作時，由于開孔和開槽的工藝簡單，因此，這些傳感器的制作也十分簡便，適合大范圍推廣應用。

2.采集數據簡單，并且測量精度高。在本技術方案中，二維力傳感器可以看做是兩個一維力傳感器的線性疊加，每個一維力傳感器由兩個孔和一個槽組成。每個一維力傳感器的結構和測試電路都具有模塊化的特點，因此，各一維力傳感器間是互相獨立的，互不影響的。雖然形式上力與力偶之間共用一組傳感器測量，但測量力取傳感器的共模信號，力偶取傳感器的差模信號，因此，也具有正交的特點，這就解決了多維力之間維間耦合問題，提高了測量精度。

3.?傳器信號處理過程簡單。在本技術方案中，每個一維力傳感器的輸出信號都是一一對應的，并且成線性關系，因此具有直接輸出型多維力傳感器信號處理過程簡單的優點。此外，由于每個一維力傳感器可以看做一個模塊，本實用新型所述的傳感器具模塊化的特點，模塊的結構相似，其測量電路也相似并可獨立調試，與現有的多維力傳感器相比，就省去了綜合標定的步驟，大大簡化了傳感器調試的工作量，并有利于提高測量精度。

附圖說明

圖1?為本實用新型的二維力傳感器的結構示意圖。