[發(fā)明專利]一種全量程軸向測力傳感器

在審

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• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN113155334A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江雪晴;郝建軍;王濤;王超;周佳樂;葉佳輝;何思洋;陳建業(yè);劉璐
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/26
• 分類號(hào): G01L1/26;G01L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種全量程軸向測力傳感器，由鋼制彈性體、形變信號(hào)采集電路、信號(hào)選擇電路、橡膠緩沖圈、航空插頭組成。通過結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)多級(jí)交叉響應(yīng)控制等方式，設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)從小量程力到大量程力全范圍測量的軸向測力傳感器。對(duì)傳感器所受的力采用交叉分段，多級(jí)采集，柔性過度的方式進(jìn)行獲取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全量程測量；同時(shí)為保證輸出靈敏度一致以及避免應(yīng)變片形變力過大導(dǎo)致的損壞，采用降低輸出靈敏度的措施。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新突破了采用新材料帶來的技術(shù)及成本限制，提出一款大量程的軸向測力傳感器，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其是一種全量程軸向測力傳感器。

背景技術(shù)

軸向力的測量在橋梁、車輛、航空航天等得到大量的應(yīng)用，且從小量程到大量程的測量都廣泛涉及到。同時(shí)隨著數(shù)字信息化技術(shù)的突飛猛進(jìn)推動(dòng)了傳感器技術(shù)及測力技術(shù)的飛速發(fā)展。但受限于彈性體材料和傳感器結(jié)構(gòu)，對(duì)于測力傳感器來說，精準(zhǔn)度高的傳感器量程小，量程大的傳感器精準(zhǔn)度低。對(duì)于彈性體材料來說，由于國內(nèi)材料及材料成型技術(shù)及成本的限制，基于新材料彈性體的測力傳感器市場應(yīng)用及推廣效果并不明顯，因此可另辟蹊徑，從傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上來尋求突破測力傳感器在量程范圍方面的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的提供一種全量程軸向測力傳感器。本項(xiàng)目通過結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)多級(jí)交叉響應(yīng)控制等方式，設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)從小量程力到大量程力全范圍測量的軸向測力傳感器。對(duì)傳感器所受的力采用交叉分段，多級(jí)采集，柔性過度的方式，進(jìn)行獲取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全量程測量。

一種全量程軸向測力傳感器,包括：鋼制彈性體、形變信號(hào)采集電路、信號(hào)選擇電路、橡膠緩沖圈、航空插頭。所述鋼制彈性體整體呈圓環(huán)形，中間為環(huán)空區(qū)，外圍的圓環(huán)分為內(nèi)環(huán)、外環(huán)、形變區(qū)以及形變孔。所述外環(huán)為傳感器固定部件，可設(shè)置通孔，通過螺絲與固定臺(tái)相固定。所述內(nèi)環(huán)的上端面高于外環(huán)的上端面，用于固定及支撐穿過環(huán)空區(qū)的待測力的軸，內(nèi)環(huán)的下端面同樣也高于外環(huán)的下端面，從而形成內(nèi)環(huán)受力，外環(huán)支撐的測力結(jié)構(gòu)。所述形變區(qū)位于內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，設(shè)置為一級(jí)形變環(huán)、二級(jí)形變環(huán)，且一級(jí)形變環(huán)的厚度大于二級(jí)形變環(huán)的厚度。所述形變孔的截面為矩形，設(shè)置在一級(jí)形變環(huán)與二級(jí)形變環(huán)之間。所述內(nèi)環(huán)上設(shè)置有形變力過度圈，貫通環(huán)空區(qū)和形變孔。所述橡膠緩沖圈充填襯墊于形變力過度圈內(nèi)，處于壓縮狀態(tài)。所述形變信號(hào)采集電路設(shè)置為兩個(gè)，一個(gè)布置于一級(jí)應(yīng)變環(huán)的上表面，另一個(gè)布置于二級(jí)應(yīng)變環(huán)的下表面。所述形變信號(hào)采集電路為由應(yīng)變片及導(dǎo)線組成的惠斯通電橋。所述信號(hào)選擇電路位于外環(huán)的外壁面上的接線盒內(nèi)，所述航空插頭位于接線盒的外壁面上；所述航空插頭與惠斯通電橋之間的信號(hào)線連接通過導(dǎo)線孔相連接。

優(yōu)選的，內(nèi)環(huán)的上端面與外環(huán)的上端面間的高差要大于一級(jí)形變環(huán)受到上限力時(shí)使內(nèi)環(huán)的上端面下降的高度；同樣的，內(nèi)環(huán)的下端面與外環(huán)的下端面間的高差要于二級(jí)形變環(huán)受到上限力時(shí)使內(nèi)環(huán)的下端面下降的高度。

本發(fā)明具有如下積極效果：

本項(xiàng)目在現(xiàn)有軸向測力傳感器基礎(chǔ)上，進(jìn)行傳感器彈性體結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，規(guī)避了采用新材料帶來的技術(shù)及成本限制，提出一款寬量程的軸向測力傳感器，可用于對(duì)大重量、高附加值物體的精確測量，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

采用多級(jí)采集，交叉分段的方式實(shí)現(xiàn)大量程力和小量程力的分別測量，保證了測量的準(zhǔn)確數(shù)同時(shí)突破大量程傳感器最低響應(yīng)力值大的限制。

通過形變力過度圈和橡膠緩沖圈的設(shè)置，形成力的柔性過度，避免突變擾動(dòng)對(duì)力測量的影響。

通過降低輸出靈敏度的措施，保證了輸出靈敏度一致以及避免應(yīng)變片形變力過大導(dǎo)致的損壞，提高傳感器的長期測量穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種全量程軸向測力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種全量程軸向測力傳感器的A-A截面剖視圖；

圖3為本發(fā)明一種全量程軸向測力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換邏輯示意圖；