[發明專利]輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器

有效

• 申請號: 201310184956.7
• 申請日: 2013-05-19
• 公開（公告）號: CN103292939A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 蘇建;車明訓;宮海彬;趙強;王秀剛;張益瑞;宋建;楊小敏;林慧英;張蘭;杜志豪;盧海隔
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

1.一種輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

該傳感器由彈性體（1）和應變片組（2）組成，所述彈性體（1）為一整體式對稱結構，由輪輻基座（3）、筋板（5）與中心銷柱（4）組成，所述中心銷柱（4）通過筋板（5）連接在輪輻基座（3）的中心處，中心銷柱（4）面上包含四個矩形側面，其中兩兩對稱平行并與XY平面即輪輻基座（3）底平面垂直，所述筋板（5）為四塊，其上包含八個與XY平面垂直的側面，所述應變片組（2）包括12個應變片對，分別粘貼在彈性體（1）中的中心銷柱（4）上的四個矩形側面和四塊筋板（5）的八個與XY平面垂直的側面上，所述應變片組（2）隨彈性體（1）形狀變化產生應變導致電阻變化，并通過應變片組成的惠斯登電橋輸出分別與三方向分力F_X、F_Y、F_Z成線性正比變化的三個電壓信號。

2.根據權利要求1所述的輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

所述中心銷柱（4）面上的四個矩形側面包括：方柱第一側面（10）、方柱第二側面（11）、方柱第三側面（12）及方柱第四側面（13），其中，方柱第一側面（10）與方柱第三側面（12）與X軸平行，方柱第二側面（11）與方柱第四側面（13）與Y軸平行，四塊筋板（5）上包含八個與XY平面垂直的側面。

3.根據權利要求1或2所述的輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

所述應變片組（2）的第一應變片對（22）、第二應變片對（23）、第三應變片對（24）和第四應變片對（25）分別粘貼在中心銷柱（4）的方柱第一側面（10）、方柱第二側面（11）、方柱第三側面（12）和方柱第四側面（13）上的四個側面上，第五應變片對（26）、第六應變片對（27）、第七應變片對（28）、第八應變片對（29）、第九應變片對（30）、第十應變片對（31）、第十一應變片對（32）和第十二應變片對(33)分別粘貼在彈性體（1）中四個筋板（5）的八個側面上。

4.根據權利要求1或2所述的輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

所述應變片組（2）中每一個應變片對均包括兩個完全相同的單軸應變片，粘貼在彈性體（1）的同一側面上的兩個應變片縱向中心對稱線與分力F平行的軸線方向夾角分別為45°及135°，即所述第一應變片對（22）及第三應變片對（24）中1a單軸應變片（34）、2a單軸應變片(36)的縱向中心對稱軸線與X軸呈45°夾角，1b單軸應變片（35）、2b單軸應變片(37)的縱向中心對稱軸線與X軸呈135°夾角；第二應變片對（23）及第四應變片對（25）中3a單軸應變片（38）、4a單軸應變片(40)的縱向中心對稱軸線與Y軸呈45°夾角，3b單軸應變片（39）、4b單軸應變片(41)的縱向中心對稱軸線與Y軸呈135°夾角；

粘貼在四個筋板（5）的八個側面上八個應變片對中的兩個單軸應變片的縱向對稱中心線與Z方向即垂直于XY平面方向夾角分別為45°及135°。

5.根據權利要求3所述的輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

所述第一應變片對（22）及第三應變片對（24）中四個應變片組成一個惠斯頓電橋，形成用于測量X軸方向分力的全橋測量電路；第二應變片對（23）及第四應變片對（25）組成一個惠斯頓電橋，用于測量Y軸方向分力的全橋測量電路。

6.根據權利要求3所述的輪輻與中心銷柱組合式三維力傳感器，其特征在于：

所述第五應變片對(26)、第六應變片對(27)中的四個單軸應變片構成惠斯頓電橋，形成一個用于測量Z軸方向分力的全橋測量電路；第七應變片對(28)、第八應變片對(29)中的四個單軸應變片構成惠斯頓電橋，形成一個用于測量Z軸方向分力的全橋測量電路；第九應變片對(30)、第十應變片對(31)中的四個單軸應變片構成惠斯頓電橋，形成一個用于測量Z軸方向分力的全橋測量電路；第十一應變片對(32)、第十二應變片對(33)中的四個單軸應變片構成惠斯頓電橋，形成一個用于測量Z軸方向分力的全橋測量電路；

對上述四個用于測量Z軸方向分力的全橋測量電路輸入電源并聯，四個全橋測量電路中的四個正信號輸出并聯，形成一個正信號輸出；將四個全橋測量電路中的四個負信號輸出并聯，形成一個負信號輸出，從而形成一個測量Z軸方向分力的并聯測量電路。