[發明專利]蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器

有效

• 申請號: 201910614139.8
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110174194B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 譚益松;王新宇;任立敏
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01L5/169;A61B5/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 王慶彬

本發明公開了一種蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器，其包括傳感器承力接頭、上部支撐圓筒、上部蓮蓬頭剛性結構體、剛性連接圓板、彎矩承力體、彎矩形變環、下部蓮蓬頭剛性結構體、扭矩形變結構體、彎矩傳遞桿和傳感器承力軸。本發明的蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器能夠同時檢測出耦合力中的彎曲力分量和扭轉力分量，即對耦合力進行結構解耦；而且不需要連入供電線路或通過有線接口采集數據；可應用在醫學領域，人體植入型傳感器方向，大大減少傳感器植入人體后需在人體中埋線或二次手術的環節。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，尤其涉及一種蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器。

背景技術

傳感器是一種能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件和裝置，通常由敏感元件和彈性元件組成。多維力傳感器是一種能夠同時測量兩個方向以上力及力矩信息的測力傳感器,廣泛應用于機器人、生物工程、工業制造、醫療衛生等領域。

現階段的二維乃至多維力傳感器主要分為電阻應變式、壓電式、電容式力傳感器，其結構簡單、靈敏且精度較高。傳感器的構造是在一定形狀的彈性元件上粘貼或用其他方法安裝應變敏感元件。當力學量作用在彈性元件上時,彈性元件產生變形,應變敏感元件的阻值隨之發生變化,接著由變換電路將阻值變化變成電壓變化輸出,根據電壓變化量即可得知力的大小。

但是當傳感器在承受扭轉應力和彎曲應力的結合時，現有技術中傳感器往往通過將應變片組成橋路進行補償和解耦，在機械結構上并不具備實現扭轉應力和彎曲應力的解耦能力。

現有二維/多維傳感器，由于必須使用導線連接應變片，即使采用無線電進行信息傳遞，但電池所含電量有限故難以實現長期動態監測。

發明內容

本發明目的是提供一種蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器，其實現了機械解耦，并能夠對垂直于軸向的彎曲力與扭轉力所形成的耦合力進行測量，分別求解出偶合力中垂直于軸向的彎曲分力和偶合力中的扭轉分力的問題。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：一種蓮蓬頭式維間解耦二維無線無源傳感器，其包括傳感器承力接頭、上部支撐圓筒、上部蓮蓬頭剛性結構體、剛性連接圓板、彎矩承力體、彎矩形變環、下部蓮蓬頭剛性結構體、扭矩形變結構體、彎矩傳遞桿和傳感器承力軸；

所述傳感器承力接頭通過上部支撐圓筒固定于所述上部蓮蓬頭剛性結構體；

所述上部蓮蓬頭剛性結構體的下表面形成為向外凸出的弧面，在所述上部蓮蓬頭剛性結構體的內部沿所述上部蓮蓬頭剛性結構體的軸線方向開設有多個圓形孔，所述圓形孔沿以所述上部蓮蓬頭剛性結構體的軸線為軸線的圓柱面均勻分布；

在所述上部蓮蓬頭剛性結構體的上表面上固定有剛性連接圓板，所述剛性連接圓板沿其軸線方向形成有中心孔，且所述剛性連接圓板的上端形成有外倒角面；所述彎矩承力體包括柱體和形成在所述柱體上端的法蘭，所述柱體的下端可滑動地插入于所述剛性連接圓板的中心孔內，所述柱體和法蘭的連接處設置有過渡環，所述過渡環上形成有傾斜的表面；

所述彎矩承力體外部套設有彎矩形變環，所述彎矩形變環的下端與所述外倒角面接觸，所述彎矩形變環的上端與所述過渡環的傾斜的表面接觸，所述彎矩形變環的外側壁上粘貼有多個磁致伸縮材料；

所述下部蓮蓬頭剛性結構體與扭矩結構封蓋相固定，并且在所述下部蓮蓬頭剛性結構體和扭矩結構封蓋之間從上至下依次固定有下部支撐圓筒和扭矩結構固定部；

所述傳感器承力軸的外壁面上形成有環形凸起，所述扭矩結構封蓋形成為環形，所述扭矩結構封蓋的上表面上形成有容置所述環形凸起的臺階；并使得所述傳感器承力軸的環形凸起設置于所述扭矩結構封蓋和扭矩結構固定部之間，以至于所述傳感器承力軸可轉動地設置于扭矩結構固定部和扭矩結構封蓋之間；