[發明專利]一種細桿雙向內力測量傳感器及標定方法

有效

• 申請號: 201410119136.4
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103884458A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 宋愛國;潘棟成;李會軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L25/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種細桿雙向內力測量傳感器，其特征在于：包括兩個相同的對稱設置的夾板（1），兩個夾板（1）背對背固定在一起，兩個夾板（1）之間的距離可調，兩個夾板（1）之間留有縫隙；每個夾板（1）的背面設有卡槽（2）和凹槽（3），所述卡槽（2）與凹槽（3）在一條直線上，所述卡槽（2）與細桿（4）適配，所述細桿（4）卡在卡槽（2）內并從凹槽（3）中穿過而不與凹槽（3）接觸；每個夾板（1）的正面設有壓力測量單元（5），所述壓力測量單元（5）的位置與卡槽（2）相對；每個夾板（1）上還設有拉壓力測量單元，包括對準凹槽（3）位置的拉壓力測量孔（6）和位于拉壓力測量孔（6）上下側的兩個缺口，上下兩個缺口的開口相背，上下兩個缺口及拉壓力測量孔（6）整體呈S型，在拉壓力測量孔（6）的垂直于卡槽（2）和凹槽（3）所在直線方向的內壁處設置有拉壓力測量裝置（7）。

2.根據權利要求1所述的一種細桿（4）雙向內力測量傳感器，其特征在于：兩個夾板（1）上設有安裝孔（11），安裝孔（11）內設有螺栓。

3.根據權利要求1所述的一種細桿（4）雙向內力測量傳感器，其特征在于：每個夾板（1）上的拉壓力測量裝置（7）有2個，分別設置于對稱的兩個內壁上，位于同一個夾板（1）上的拉壓力測量裝置（7）組成的應變電橋經放大電路放大后，由A/D轉換電路轉換成數字信號進而顯示出拉壓力測量裝置（7）上的測量電壓。

4.一種細桿雙向內力測量傳感器的標定方法，其特征在于：利用夾板（1）的卡槽（2）將細桿（4）卡住，調整螺栓松緊度，記錄壓力測量單元（5）的力值F，然后按照以下步驟進行標定，

步驟一、標定拉力：在細桿（4）兩端分別固定拉環（8），在拉環（8）上穿裝有拉繩，細桿（4）的一端拉繩懸吊固定使得細桿（4）及夾板（1）均處于垂直狀態，此時記錄拉壓力測量裝置（7）經放大、轉換后輸出的未施加拉力情況下的拉力零點電壓；然后在處于下方的拉繩上依次懸吊砝碼（9），并同時記錄不同數量砝碼（9）對應的兩個夾板（1）上的拉壓力測量裝置（7）測到的一組測量電壓，直至達到電壓表的滿量程，完成一次拉力標定；此后，將兩個夾板（1）同時繞細桿（4）的圓周依次順序旋轉60°，每旋轉一次到位后再次擰緊螺栓使得壓力測量單元（5）的力值為F，然后均按照同樣的方法完成一次拉力標定，直至前后總共完成6次拉力標定，得到6組測量電壓值共12個電壓值，將每組測量電壓值的2個電壓值分別減去拉力零點電壓后相加，共得到6組補償后的測量電壓；

步驟二、標定壓力：將拉環（8）去除，調整螺栓松緊度，使得壓力測量單元（5）的力值為F，在細桿（4）兩端分別安裝托盤（10），所述托盤（10）垂直于細桿（4），將其中一個托盤（10）放置于水平臺面上使得細桿（4）及夾板（1）均處于垂直狀態，此時記錄拉壓力測量裝置（7）經放大、轉換后輸出的未施加壓力情況下的壓力零點電壓；然后在處于上方的托盤（10）上依次加載砝碼（9），并同時記錄不同數量砝碼（9）對應的兩個夾板（1）上的拉壓力測量裝置（7）測到的一組測量電壓，直至達到電壓表的滿量程，完成一次壓力標定；此后，將兩個夾板（1）同時繞細桿（4）的圓周依次順序旋轉60°，每旋轉一次到位后再次擰緊螺栓使得壓力測量單元（5）的力值為F，然后均按照同樣的方法完成一次壓力標定，直至前后總共完成6次壓力標定，得到6組測量電壓值共12個電壓值，將每組測量電壓值的2個電壓值分別減去壓力零點電壓后相加，共得到6組補償后的測量電壓；

步驟三、求解計算式：將標定過程中依次增加砝碼后對應的加載的力值作為橫坐標，對應的12組補償后的測量電壓作為縱坐標，其中根據加載的力的方向取力值的正負，補償后的測量電壓的正負與其對應的加載的力的正負相同，繪制二維坐標圖，并對數據采用最小二乘擬合得到力-電壓關系式：u＝k·f，其中u為補償后的測量電壓，k為二維坐標圖的斜率，f為砝碼的總重力，對上述關系式中的k求倒數，得到細桿（4）雙向內力測量傳感器的計算式：f＝k^-1·u。