[實用新型]一種彎曲式應(yīng)變放大機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720153461.1
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN206787474U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧露;何維;王召;畢濤;王維;陳雅仙;張利;肖強;聶磊;聶新民
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G01B5/30
• 分類號: G01B5/30
• 代理公司: 深圳市興科達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44260
• 代理人: 王翀

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于工程測量領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域，具體為一種將直線形變應(yīng)變值按比例放大為彎曲形變應(yīng)變值并且使信噪比不變，但系統(tǒng)誤差減小的彎曲式應(yīng)變放大機構(gòu)。

背景技術(shù)

縮略語和關(guān)鍵術(shù)語定義：

(1)彎曲式應(yīng)變放大機構(gòu)(Bending Strain Amplification Mechanism，可簡寫為BSAM)。

(2)相對誤差(relative error)：相對誤差指的是測量所造成的絕對誤差與被測量〔約定〕真值之比。乘以100％所得的數(shù)值，以百分數(shù)表示。一般來說，相對誤差更能反映測量的可信程度。相對誤差等于測量值減去真值的差的絕對值除以真值，再乘以百分之一百。

(3)系統(tǒng)誤差(system error，簡稱SE)：系統(tǒng)誤差是在一定的測量條件下，對同一個被測尺寸進行多次重復(fù)測量時，誤差值的大小和符號保持不變；或者在條件變化時，按一定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差是與分析過程中某些固定的原因引起的一類誤差，它具有重復(fù)性、單向性、可測性。系統(tǒng)誤差的特點是測量結(jié)果向一個方向偏離，其數(shù)值按一定規(guī)律變化。

(4)應(yīng)變(strain)：物體在受到外力作用下會產(chǎn)生一定的變形，變形的程度稱應(yīng)變。應(yīng)變有正應(yīng)變(線應(yīng)變)，切應(yīng)變(角應(yīng)變)及體應(yīng)變。本文所說的是正應(yīng)變，即單位長度的伸長，用ε表示，計算 公式為δ＝L_b-L₀，式中L₀是物體變形前的長度，L_b是物體變形后的長度，δ是變形后的伸長量，ε單位為1,AD方向產(chǎn)生應(yīng)變大小為ε₀，D點測點(放在最左端或者最右端均可)產(chǎn)生應(yīng)變大小為ε₁。

(5)δ是變形后的伸長量,參見(4)，單位同長度單位。

(6)推導(dǎo)實例示意圖中：L₁:A、D的距離；L₂：BC梁長度；2y為BC梁寬度；粗箭頭表示被測物體變形方向(測點A、D的連線方向)。

(7)k為本彎曲式應(yīng)變放大機構(gòu)的應(yīng)變放大系數(shù)，表示本機構(gòu)測量應(yīng)變值相對實際結(jié)構(gòu)測點發(fā)生應(yīng)變值大小的放大倍數(shù)，單位為1，θ：由剛性桿和彈性梁連接方式?jīng)Q定的系數(shù)，固定連接為24，簡支連接為12，其余連接方式在12～24之間，通過實驗測定標(biāo)定θ,進而確定應(yīng)變放大系數(shù)k。

在工程測量領(lǐng)域，需要測量各個方向的力與力矩，而傳統(tǒng)方法通過應(yīng)變片測得彈性梁的拉壓、彎凹和扭轉(zhuǎn)三種變形方式下的應(yīng)變值，來獲得所需的應(yīng)力數(shù)據(jù)。但當(dāng)機構(gòu)剛度很大，機構(gòu)發(fā)生的應(yīng)變很小，若直接在機構(gòu)測點上粘貼應(yīng)變片來測量應(yīng)變大小，由于現(xiàn)有的應(yīng)變片的靈敏度不夠，會導(dǎo)致測量值準(zhǔn)確度不高。而應(yīng)變放大機構(gòu)可解決這一問題，該機構(gòu)原理是指在不影響被測試件應(yīng)變的條件下，通過變形傳遞使某部位(一般為彈性體)機械應(yīng)變以一定比例放大被測試件應(yīng)變，從而滿足應(yīng)變片的靈敏度要求。

應(yīng)變放大的應(yīng)用領(lǐng)域包括稱重傳感器、機械機構(gòu)變形監(jiān)測、各種大型工程機構(gòu)疲勞損傷監(jiān)測。采用應(yīng)變放大技術(shù)對工程機構(gòu)表面應(yīng)變測量時，應(yīng)變放大機構(gòu)需要滿足大型工程機構(gòu)具有長壽命、低應(yīng)力應(yīng)變的工程特點。

現(xiàn)有的應(yīng)變放大機構(gòu)主要包括中間收縮變截面放大機構(gòu)、位移集中放大機構(gòu)、槽形放大機構(gòu)、弓形應(yīng)變放大機構(gòu)、單分量應(yīng)變放大機構(gòu)。中間收縮變截面放大機構(gòu)使該截面縮小處產(chǎn)生應(yīng)變集中而起到應(yīng)變放大作用；位移集中應(yīng)變放大機構(gòu)兩端為大剛度金屬片,中間是軟質(zhì)填充材料，填充材料是疲勞設(shè)計重點，其兩端粘貼在金屬上；槽形變形元件應(yīng)變放大機構(gòu),中間部分腐蝕加工成機構(gòu)槽溝,應(yīng)變片貫穿在槽溝的上面；單分量應(yīng)變放大機構(gòu)四周是剛度很大的梁，中間設(shè)置彈性應(yīng)變梁用以放大框架上指定方向測點的應(yīng)變。

變截面倍增器機構(gòu)剛度過大,放大系數(shù)小,容易發(fā)生疲勞破壞；位移集中放大機構(gòu)的機構(gòu)復(fù)雜，可靠性和整體性差,制造工藝難以控制，易損壞；槽形變形元件應(yīng)變放大機構(gòu)放大倍數(shù)與壽命受槽溝數(shù)量的多少與尺寸加工精度、連接出的應(yīng)力集中等因素影響，放大倍數(shù)的范圍僅是2-10倍，加工難度大,成本高,結(jié)構(gòu)本身容易產(chǎn)生疲勞破壞；單分量應(yīng)變放大機構(gòu)整體笨重，安裝制作不便，限制了其使用范圍，由于周圍豎向干擾力眾多，其受噪聲影響很大，會增大測量值的系統(tǒng)誤差。