[發明專利]球籠半軸式維間解耦二維無線無源傳感器

有效

• 申請號: 202011610803.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112683438B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 譚益松;張盼;任立敏
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G01L5/169
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 李曉輝

本發明公開了一種球籠半軸式維間解耦二維無線無源傳感器，其包括：傳感器承力接頭、彎扭分離滑塊、彎扭支撐桿、彎矩中心支撐球頭螺紋桿、第一彎矩傳遞桿、第二彎矩傳遞桿、第三彎矩傳遞桿、彎矩承力體、彎矩支撐板、扭矩承力環、彎矩傳遞支撐桿、上部支撐圓筒、彎矩形變體、扭矩承力軸、扭矩傳遞桿、第一支撐圓板、扭矩形變體、下部支撐圓筒和第二支撐圓板。本發明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；可應用在機床、機器人、醫學領域，人體植入型傳感器方向，大大減少傳感器應用時需繁多的有線傳輸、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，尤其涉及一種球籠半軸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，廣泛應用于智能機器、生物工程、工業制造、醫療衛生等領域。

但就現有技術中的二維乃至多維力和力矩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信號變化。

發明內容

本發明目的是提供一種球籠半軸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，分別求解出耦 合力中垂直于軸向的彎曲分力和耦 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：一種球籠半軸式維間解耦二維無線無源傳感器，其包括：傳感器承力接頭、彎扭分離滑塊、彎扭支撐桿、彎矩中心支撐球頭螺紋桿、第一彎矩傳遞桿、第二彎矩傳遞桿、第三彎矩傳遞桿、彎矩承力體、彎矩支撐板、扭矩承力環、彎矩傳遞支撐桿、上部支撐圓筒、彎矩形變體、扭矩承力軸、扭矩傳遞桿、第一支撐圓板、扭矩形變體、下部支撐圓筒和第二支撐圓板；

所述傳感器承力接頭連接于所述彎矩中心支撐球頭螺紋桿的上部球頭；所述彎扭支撐桿固定在所述傳感器承力接頭上，所述彎扭支撐桿上套設有彎扭分離滑塊和第一彎矩傳遞桿；

所述扭矩承力環形成有中心孔，并且沿所述扭矩承力環的徑向形成有通槽，所述傳感器承力接頭的下端設置于所述中心孔內，并且所述扭矩承力環的中心孔的內徑大于所述傳感器承力接頭的下端的直徑；當所述彎扭支撐桿位于所述通槽內時，所述彎扭分離滑塊的外壁與所述扭矩承力環的通槽的內壁接觸；

所述第一彎矩傳遞桿的上端沿豎直方向形成有滑槽，所述彎扭支撐桿穿過所述第一彎矩傳遞桿的滑槽，并能夠在所述滑槽內上下滑動；所述第一彎矩傳遞桿不與所述扭矩承力環的通槽的內壁接觸；

所述彎矩中心支撐球頭螺紋桿穿過所述彎矩支撐板，并固定于所述彎矩支撐板；

所述第一彎矩傳遞桿的下端與所述第二彎矩傳遞桿的一端鉸接，所述第二彎矩傳遞桿中部與所述彎矩傳遞支撐桿鉸接；所述第二彎矩傳遞桿的另一端與所述第三彎矩傳遞桿的上端鉸接，所述第三彎矩傳遞桿下端與所述彎矩承力體的側部鉸接；所述彎矩中心支撐球頭螺紋桿下端固定于所述彎矩承力體；所述彎矩傳遞支撐桿固定于所述彎矩支撐板；

所述彎矩承力體的下端固定于所述彎矩形變體的上端，所述彎矩形變體的下端固定于所述扭矩承力軸，所述彎矩形變體側壁上貼有磁致伸縮材料；