專利名稱：一種兩分量大載荷力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兼具高剛度和高靈敏度的兩分量大 載荷力傳感器。
背景技術(shù)：
在橋梁建設(shè)、船舶、鋼鐵、油田等行業(yè)經(jīng)常遇到大量程或超大量程力的測 量，以便 對關(guān)心的結(jié)果實(shí)施在線控制。特別是在重載操作裝備需求的驅(qū)動下，推動大載荷傳感器 不斷發(fā)展。大載荷傳感器由于技術(shù)難度大，目前在國際上技術(shù)比較成熟的主要有加拿大的 Kelk公司和瑞典的ABB公司提供的單分量大載荷傳感器，國內(nèi)的主要依賴進(jìn)口產(chǎn)品，且大 部分重載設(shè)備仍無法實(shí)現(xiàn)重載的測量。在我國大載荷傳感器主要有單分量大載荷傳感器 和六分量大載荷傳感器，單分量大載荷傳感器主要有CN86105879A發(fā)明專利公開的一種附 著式測力傳感器對單分量大載荷實(shí)現(xiàn)間接測量，實(shí)用新型專利CN201417189公開的九柱式 測力傳感器，實(shí)用新型專利CN201285314Y公開的大力值稱重測力傳感器與實(shí)用新型專利 CN201126387Y公開的應(yīng)變式鋼材軋制力測試傳感器；六分量大載荷傳感器主要有發(fā)明專 利CN101149299A公開的三維力整體組裝式六維測力傳感器，CNlOl 149300A公開的壓電式 六維大力傳感器，CN200710023654. 6公開的一種大應(yīng)變變形比六維并聯(lián)傳感器，實(shí)用新型 專利CN2108913U公開的應(yīng)變式組合超大型測力傳感器。上述的載荷傳感器均采用裝配結(jié) 構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造方面比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不緊湊，不易實(shí)現(xiàn)微型化，且目前2 5分量大載 荷傳感器很少見。以上的應(yīng)變式傳感器的敏感單元參與載荷傳遞，為了盡可能提高信噪比，而不得 不將敏感單元做得比較靈敏，但同時帶來剛度及承載小的問題。此外，現(xiàn)有并聯(lián)傳感器在技 術(shù)上相應(yīng)的還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度低、靈敏度低、標(biāo)定困難、制造成本高，普遍存在敏感元件 的剛度低，導(dǎo)致剛度與靈敏度矛盾難以協(xié)調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種高剛度、高頻響和高靈敏度的兩分量大載荷傳感 器，將現(xiàn)有應(yīng)變式傳感器的剛度與靈敏度矛盾有效地解決，可廣泛應(yīng)用于兩分量大載荷的 動態(tài)測力。一種兩分量大載荷傳感器，其特征在于所述傳感器的主體為長方體結(jié)構(gòu)；在上 述的傳感器主體正面上挖出兩個長方口，其中一個長方口縱向排列且位于傳感器主體左 側(cè)，另一個長方口橫向排列且位于傳感器主體右側(cè)，形成整體的倒“日”形結(jié)構(gòu)；上述縱向排 列的長方口距離頂面的距離小于距離左側(cè)面的距離；上述橫向排列的長方口距離頂面的距 離大于距離右側(cè)面的距離；上述傳感器結(jié)構(gòu)中兩個長方口中間部位稱作主支撐梁，兩個長 方口下方部位稱作基座、縱向排列的長方口左邊部分稱作第一輔支撐梁、上方部分稱作第 一應(yīng)變梁，橫向排列的長方口上邊部分稱作第二輔支撐梁、右方部分稱作應(yīng)第二應(yīng)變梁，其 中第一應(yīng)變梁分別與第一輔支撐梁及主支撐梁垂直，第二應(yīng)變梁分別與第二輔支撐梁及基座垂直；上述傳感器的第一應(yīng)變梁及第二應(yīng)變梁分別貼應(yīng)變片組成兩組測量電橋。上述傳感器為長方體結(jié)構(gòu)，兩個敏感單元分別由承載單元和傳感單元共同組成。 該兩分量大載荷傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、解耦強(qiáng)、成本低、承載大、剛度大、固有頻率高、靈敏 度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛用于重載操作裝備的重載動態(tài)力的測量。


圖1為兩分量大載荷傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號名稱1、第一應(yīng)變梁，2、第二應(yīng)變梁，3、基座，4、第二輔支撐梁，5、第一輔 支撐梁，6、主支撐梁，7-14、應(yīng)變片。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明提供了一種兩分量大載荷傳感器由第一應(yīng)變梁1、第二應(yīng)變梁2、 基座3、第二輔支撐梁4、第一輔支撐梁5、主支撐梁6、應(yīng)變片7-14組成。其中，兩個方向的 敏感單元分別由主支撐梁和應(yīng)變梁并聯(lián)組成，主支撐梁具有高剛度，以承受連桿分支大部 分載荷，為承載單元；應(yīng)變梁具有低剛度和高靈敏度，用于貼片和測量信號的輸出，為傳感 單元。本發(fā)明的工作原理為當(dāng)主支撐梁上方承受大載荷士Y時，主支撐梁承受大部分 載荷，第一應(yīng)變梁1僅承受很小部分載荷。當(dāng)主支撐梁上方承受Y向力時，第一應(yīng)變梁1的 應(yīng)變片7,8產(chǎn)生拉應(yīng)力+ ε，應(yīng)變片9，10產(chǎn)生壓應(yīng)力-ε，應(yīng)變片7,8及應(yīng)變片9，10分別 連成對臂組成電橋即可實(shí)現(xiàn)Y向力測量；當(dāng)主支撐梁上方承受-Y向力時，第一應(yīng)變梁1的 應(yīng)變片7,8產(chǎn)生壓應(yīng)力-ε，應(yīng)變片9，10產(chǎn)生拉應(yīng)力+ ε，應(yīng)變片7,8及應(yīng)變片9，10分別 連成對臂組成電橋即可實(shí)現(xiàn)-Y向力測量。士Y向力作用時，第二應(yīng)變梁2受拉或受壓，其上 的應(yīng)變片11，12，13，14產(chǎn)上的極性一致，無輸出信號。同理，當(dāng)主支撐梁上方承受大載荷士X時，主支撐梁承受大部分載荷，第二應(yīng)變梁 2僅承受很小部分載荷。當(dāng)主支撐梁上方承受X向力時，第二應(yīng)變梁2的應(yīng)變片13，14產(chǎn)生 拉應(yīng)力+ ε，應(yīng)變片11，12產(chǎn)生壓應(yīng)力-ε，應(yīng)變片11，12及應(yīng)變片13，14分別連成對臂組 成電橋即可實(shí)現(xiàn)X向力測量；當(dāng)主支撐梁上方承受-X向力時，第二應(yīng)變梁2的應(yīng)變片11， 12產(chǎn)生壓應(yīng)力+ ε，應(yīng)變片13，14產(chǎn)生拉應(yīng)力-ε，應(yīng)變片11，12及應(yīng)變片13，14分別連成 對臂組成電橋即可實(shí)現(xiàn)-X向力測量。士X向力作用時，第一應(yīng)變梁1受拉或受壓，其上的應(yīng) 變片7，8，9，10產(chǎn)上的極性一致，無輸出信號。
權(quán)利要求
一種兩分量大載荷傳感器，其特征在于所述傳感器的主體為長方體結(jié)構(gòu)；在上述的傳感器主體正面上挖出兩個長方口，其中一個長方口縱向排列且位于傳感器主體左側(cè)，另一個長方口橫向排列且位于傳感器主體右側(cè)，形成整體的倒“日”形結(jié)構(gòu)；上述縱向排列的長方口距離頂面的距離小于距離左側(cè)面的距離；上述橫向排列的長方口距離頂面的距離大于距離右側(cè)面的距離；上述傳感器結(jié)構(gòu)中兩個長方口之間部位稱作主支撐梁(6)，兩個長方口下方部位稱作基座(3)、縱向排列的長方口左邊部分稱作第一輔支撐梁(5)、上方部分稱作第一應(yīng)變梁(1)，橫向排列的長方口上邊部分稱作第二輔支撐梁(4)、右方部分稱作應(yīng)第二應(yīng)變梁(2)，其中第一應(yīng)變梁(1)分別與第一輔支撐梁(5)及主支撐梁(6)垂直，第二應(yīng)變梁(2)分別與第二輔支撐梁(4)及基座(3)垂直；上述傳感器的第一應(yīng)變梁(1)及第二應(yīng)變梁(2)分別貼應(yīng)變片組成兩組測量電橋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩分量大載荷力傳感器，屬于力傳感器領(lǐng)域。在上述的傳感器主體正面上挖出兩個長方口，其中一個長方口縱向排列且位于傳感器主體左側(cè)，另一個長方口橫向排列且位于傳感器主體右側(cè)，形成整體的倒“日”形結(jié)構(gòu)；上述縱向排列的長方口距離頂面的距離小于距離左側(cè)面的距離；上述橫向排列的長方口距離頂面的距離大于距離側(cè)面的距離。采用這種結(jié)構(gòu)的兩分量大載荷傳感器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、量程大、解耦強(qiáng)、固有頻率高、可同時實(shí)現(xiàn)傳感器的高剛度和高靈敏度。
文檔編號G01L1/22GK101813536SQ201010151660
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者吳洪濤, 姚裕, 張海天 申請人:南京航空航天大學(xué)