[發明專利]一種嵌入式拉壓力監測裝置

有效

• 申請號: 202010841604.4
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112161733B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 王大志;張天賦;馬韜;皮立新;翟文革;謝明軍;盧智;丁召榮;陳玉亮;梁軍生;任同群;趙劍;崔揚;馬振人;齊雪梅;張媛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;西安鐵路信號有限責任公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L1/22
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發明屬于測力傳感器領域，公開了一種嵌入式拉壓力監測裝置。所述的監測裝置包括嵌入式應力傳感器和采集器。嵌入式應力傳感器安裝于被測結構的錐形孔內，當被測結構受力時引起錐形孔的變形，進而引起嵌入式應力傳感器的變形，并通過力敏電阻輸出電信號。采集器完成對嵌入式應力傳感器的供電和傳感器信號采集、處理與記錄，實現拉壓力的實時監測。本發明相較于目前的拉壓力測量裝置，降低了維護成本，提升了測量適應性，實現了對拉壓力的實時監測，能夠反映被測構件服役時的工作狀態。

技術領域

本發明屬于測力傳感器領域，具體涉及一種嵌入式拉壓力監測裝置。

背景技術

隨著工業自動化和智能化的發展，使應力測量的應用越來越廣泛，對一些關鍵零部件的應力測量，可以得到其控制參數，進而實現自動化控制。在工程裝備上，例如起重臂架的自動化控制，針對不同質量的重物和不同的起重速度，需要對起重力大小進行控制，因此對起重臂架受力測量是必要的；在軌道交通上，例如轉轍機驅動道岔轉換過程中，轉換力若超出正常范圍則會危及行車安全，測量轉轍機轉換力有利于提升列車運行的穩定性和安全性；在機床加工中，切削力是機床運行中重要參數之一，其大小影響著工件質量、刀具壽命、機床動力消耗等，切削力的測量與控制有利于提升機床加工性能。

目前對應力測量方法主要采用應變片粘接法，將應變片粘接到構件表面，此方法工藝過程復雜，不適合復雜工況安裝，難以實現長期測量。此外，對于大部分力傳感器例如S型拉壓力傳感器、銷軸式力傳感器等，其測量對構件改動大、尺寸大、適應性差、難以實現實時監測。

發明內容

為了解決現有測量方法繁瑣且不能實時監測的問題，本發明提出一種嵌入式拉壓力監測裝置。利用被測結構材料受力變形的特點，在被測結構表面的錐形孔安裝嵌入式應力傳感器，被測結構的應力變化引起傳感器電信號輸出，并將傳感器通過電纜接入采集器的解算電路中，最終實現了被測結構拉壓力的實時監測。本發明的嵌入式拉壓力監測裝置，其靈敏度高、動態響應好、適應性強，可以實現拉壓力實時監測。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種嵌入式拉壓力監測裝置，包括嵌入式應力傳感器7和采集器6。

所述的嵌入式應力傳感器7包括錐形彈性力敏模塊、彈性體預緊模塊和彈性體封蓋模塊。

所述的彈性體預緊模塊包括螺紋底座4、旋調導桿5和預緊卡環g；所述的螺紋底座4的外部設有螺紋；所述的螺紋底座4和預緊卡環g的中心均設有通孔，且通孔尺寸一致，預緊卡環g固定在螺紋底座4的頂端，螺紋底座4與預緊卡環g同軸；所述的旋調導桿5，其下部插入螺紋底座4與預緊卡環g的通孔中，且旋調導桿5的外表面與螺紋底座4和預緊卡環g的內壁相接觸固定，其上部位于螺紋底座4外。

所述的錐形彈性力敏模塊包括應變放大圓環2、錐形力敏結構3和力敏電阻c；所述的錐形力敏結構3的材質為彈性材料，其上部為開口的圓形筒體結構，其下部為收縮的錐形筒體結構，錐形筒體結構的內部設有一圈圓環卡槽d，用于安裝應變放大圓環2，且上部的圓形筒體結構的直徑大于螺紋底座4的直徑，螺紋底座4的直徑在下部的錐形筒體結構的直徑最大值和最小值之間；錐形力敏結構3的筒體上設有與軸線方向平行的一段缺口，從圓形筒體結構的中部一直通到錐形筒體結構的底部，作為預緊間隙f，使應變放大圓環2與錐形力敏結構3的內壁緊密配合；所述的應變放大圓環2為圓環片結構，為了放大應變信號，其材料彈性模量應小于100GPa，且中心通孔的尺寸大于旋調導桿5的直徑；所述的力敏電阻c安裝在應變放大圓環2上表面，力敏電阻c靠近圓環內徑，其方向垂直于應變放大圓環2半徑；錐形力敏結構3下部的底部為開口結構，預緊卡環g的上部卡在錐形力敏結構3的底部，且錐形力敏結構3與預緊卡環g之間可以相互旋轉；旋調導桿5的頂部位于錐形力敏結構3上方；