專利名稱：高精度微型傳感器和力引導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度微型輪輻式傳感器和用于電氣化鐵路受電弓接觸網(wǎng)之間接觸壓力檢測的力引導(dǎo)裝置。
在高精度傳感器的家族中，輪輻式傳感器以精度高，抗干擾能力強等特征而備受人們的青睞。這種類型的彈性體結(jié)構(gòu)型式，具有對受力點位移時的影響小和由變形引起的體積變化極微的特點，其工作狀態(tài)十分穩(wěn)定。同時，還有極好的自然線性度。作為稱重式傳感器，從70年代末開始被各國普遍用于中等量程(500kg～50t)的測量中；同時作為扭矩式傳感器，也有廣泛的應(yīng)用。
弓網(wǎng)接觸壓力的檢測是國際上一種先進的弓網(wǎng)檢測方法，通過檢測弓網(wǎng)之間的接觸壓力，可以發(fā)現(xiàn)許多用其它方法不能發(fā)現(xiàn)的弓網(wǎng)故障隱患。
背景技術(shù)：
在目前的輪輻式傳感器產(chǎn)品中，其徑向尺寸都在70mm以上。降低尺寸，就會出現(xiàn)敏感元件(例如應(yīng)變計)難以敷貼，無法進行加壓固化等工藝?yán)щy。然而在某些特殊的場合，例如，本文書所涉及的受電弓和接觸網(wǎng)的接觸壓力等參數(shù)的檢測項目中，就需要高精度的微型力傳感器。輪輻式傳感器的小型化，首先解決了檢測系統(tǒng)對傳感器體積要求的難題。
弓網(wǎng)接觸壓力檢測的難點是不能隨意在受電弓上附加重量，否則就會影響弓網(wǎng)的動態(tài)特性，降低受電弓的性能。如何設(shè)計一種體積小，重量輕的傳感器和與其配套的力引導(dǎo)裝置是準(zhǔn)確地進行弓網(wǎng)接觸壓力檢測的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)之一在于突破輪輻式傳感器直徑不小于70mm的界限，使這種傳感器既可以做得很小，同時又能保持了輪輻式傳感器的高精度特性。這使輪輻式傳感器跨入了小體積，高精度傳感器的行列。目前，本專利的發(fā)明者經(jīng)過反復(fù)試驗，可以使傳感器的徑向尺寸不超過30mm，高度不超過10mm。經(jīng)過優(yōu)化，還可以做得更小。
輪輻式傳感器主要由以下幾部分組成輪沿(1a)，輪輻(2a)和承力軸(3a)。這三項組成了輪輻式傳感器的彈性體。在輪輻的側(cè)面(5a)上可以附貼敏感元件。
除了以上的元器件外，本發(fā)明對傳感器的密封采用以下工藝用膜片(6a)和(7a)將傳感器內(nèi)部密封，使其免受潮濕和電磁干擾的侵害。
敏感元器件的敷貼本專利文書所指的敏感元器件是應(yīng)變計、半導(dǎo)體敏感元件等可以用來感受變形的器件。應(yīng)變計通常需要粘貼在彈性體上；半導(dǎo)體敏感器件可以做成應(yīng)變計的形式粘貼在彈性體上，也可以用擴散硅等工藝形式固化在彈性體上。無論用何種方法，只要是將敏感元器件與彈性體聯(lián)結(jié)成一個整體，都被稱為敷貼。通常，應(yīng)變計采用粘貼的方法，擴散硅采用特殊的工藝模式等。
本發(fā)明的任務(wù)之二是提供幾種力引導(dǎo)裝置，安裝傳感器后就可以完成電氣化鐵路的受電弓和接觸網(wǎng)之間的接觸壓力的檢測。這些力引導(dǎo)裝置的基本特征是，能夠很好地消除側(cè)向力的影響，使傳感器處于一個理想的單向受力環(huán)境之中。傳感器可以采用多種形式的能夠測量力的傳感器，但由于本發(fā)明提供的傳感器具有體積小、質(zhì)量小、精度高的特點，推薦使用本發(fā)明提供的輪輻式傳感器。
具體實施例方式如果采用應(yīng)變計作為敏感元件，可以采用圖2的方法加壓固化。在圖2中，薄膜(1b)放在應(yīng)變計與橡膠(2b)之間，硬板(3b)靠插件(4b)的擠壓與橡膠片緊緊靠在一起，起到加壓的作用。插件(4b)不一定為圓形，任何可以起到擠壓作用的硬質(zhì)物體均可。也可以不采用插件(4b)，而采用任何可以將硬板(3b)與橡膠墊(2b)緊貼在一起的辦法解決。
對不同的受電弓，應(yīng)采用不同的力引導(dǎo)裝置。下面分別對幾種力引導(dǎo)裝置的實施案例進行介紹。
1.力引導(dǎo)裝置的實施案例之一如圖3所示。首先，把受電弓的滑板與支架原先的連接部分在(4c)處切開，并用金屬片將其焊接。用滑板上的螺釘將力引導(dǎo)裝置的外殼(6c)與滑板(5c)緊固在一起。內(nèi)殼(3c)與支架固定連接。內(nèi)殼與外殼之間用兩個連桿(7c)和(1c)連接。力傳感器(2c)放在連桿(1c)上并與滑板上的螺帽滑動接觸。當(dāng)受電弓滑板承受到向下的力時，支架就會產(chǎn)生一個向上的力與其平衡。安放在連桿上力傳感器就會測出這個力的大小。本裝置的特征是內(nèi)外殼相互嵌套，水平側(cè)向力被有效地排除。
2.力引導(dǎo)裝置的實施案例之二如圖4所示。首先，把受電弓的滑板與支架原先的連接部分切開。用滑板上的螺釘將力引導(dǎo)裝置的外殼(2d)與滑板(1d)緊固在一起。內(nèi)殼左端(8d)通過空心螺桿(7d)與支架固定連接。內(nèi)殼右端(11d)用螺釘與外殼連接。內(nèi)殼右端與外殼形成一個整體，二者一起運動。內(nèi)殼左端與內(nèi)殼右端用連桿(4d)和(10d)連接。力傳感器(9d)放在連桿(10d)上并與滑板上的螺帽滑動接觸。當(dāng)受電弓滑板承受到向下的力時，支架就會產(chǎn)生一個向上的力與其平衡。安放在連桿上力傳感器就會測出這個力的大小。本裝置的特征是內(nèi)外殼相互嵌套，水平側(cè)向力被有效地排除。與實施例之一相比，本案例具有拆卸方便的特點。
3.力引導(dǎo)裝置的實施案例之三如圖5所示。在本案例中，內(nèi)殼(6e)是受電弓的原有部件，將它(2e)和(4e)處開成腰圓孔。這樣，外殼(3e)和內(nèi)殼(6e)就會有微小的相對運動。外殼通過螺釘(2e)和(4e)以及彈簧(7e)h和連桿(8c)與受電弓的支架相連。當(dāng)受電弓的滑板受到向下的力時，支架就會通過彈簧(7e)產(chǎn)生向上的力與之平衡。安放在內(nèi)殼與外殼之間的力傳感器(5e)就會檢測出這個力的大小。本裝置的特征是內(nèi)外殼相互嵌套，能有效地排除水平側(cè)向力。


圖1是輪輻式傳感器圖2是輪輻式傳感器的加壓固化圖3是力引導(dǎo)裝置案例1圖4是力引導(dǎo)裝置案例2圖5是力引導(dǎo)裝置案例權(quán)利要求
1.微型傳感器和力引導(dǎo)裝置。微型傳感器包括a)由輪沿(1a)、輪輻(2a)和輪軸(3a)組成的彈性體，其中輪軸(3a)長度可以根據(jù)需要加長；b)敏感元器件(4a)；c)密封薄膜(6a)和(7a)組成的保護層；微型傳感器的特征在于徑向尺寸小于60mm，保持了輪輻式傳感器精度高，抗干擾能力強的特性。用于電氣化鐵路受電弓與接觸網(wǎng)之間接觸壓力檢測的力引導(dǎo)裝置需要根據(jù)不同的受電弓設(shè)計不同的形式。這些力引導(dǎo)裝置的共同特征在于a)有一個外殼；b)在外殼內(nèi)部通常嵌套著另一個內(nèi)殼；c)如果外殼與受電弓的弓頭相連，則內(nèi)殼必需與受電弓的支架相連，反之亦然；d)在殼體內(nèi)的某一位置，可以安放傳感器，用于測定受電弓的弓頭和支架之間的力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1指明的傳感器，其特征在于如果使用應(yīng)變計作為敏感元件，則應(yīng)變計的加壓固化方法是在輪輻之間放置薄膜、橡膠墊、硬板，或其它物理性質(zhì)類似的物件，然后使用插桿或類似物件將它們緊貼在一起。也可以不采用插桿，而采用其它任何可以將硬板與橡膠墊緊貼在一起的辦法解決。
3.根據(jù)權(quán)利要求1指明的傳感器，配以權(quán)力要求1指明的力引導(dǎo)裝置，用于電氣化鐵路受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸壓力等參數(shù)的檢測。其特征在于權(quán)利要求1指明的傳感器與力引導(dǎo)裝置的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的力引導(dǎo)裝置，可以不使用本發(fā)明闡述的傳感器，而使用具有同等效能的其他形式傳感器。這些傳感器的特征在于能感受兩個殼體之間的作用力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1指明的力引導(dǎo)裝置，有時內(nèi)殼可以用一組部件代替。這組部件的特征在于能有效地消除側(cè)向力的影響；在這組部件與外殼之間可以安放傳感器，用于感受受電弓的支架與弓頭之間的作用力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度微型輪輻式傳感器和力引導(dǎo)裝置。此傳感器包括由輪沿(1a)、輪輻(2a)和輪軸(3a)組成的彈性體(其中輪軸長度可以根據(jù)需要加長)、敏感元器件(4a)、以及由密封薄膜(6a)和(7a)組成的保護層。其特征在于直徑遠小于傳統(tǒng)的輪輻式傳感器。采用本發(fā)明設(shè)計的結(jié)構(gòu)和制作工藝，可使此微型輪輻式傳感器滿足對傳感器的尺寸或質(zhì)量有嚴(yán)格要求的情況。用于電氣化鐵路受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸壓力等參數(shù)檢測的力引導(dǎo)裝置是一種具有雙層殼體的結(jié)構(gòu)。其中一個殼體與受電弓的滑板(或稱為弓頭)相連，另一個與受電弓的支架相連。將本發(fā)明闡述的傳感器安放在兩個殼體之間的適當(dāng)位置，就可以檢測出受電弓滑板傳遞下來的力，完成弓網(wǎng)接觸壓力等參數(shù)的檢測。
文檔編號G01L5/00GK1734244SQ20041004665
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者李豐良, 李敏 申請人:中南大學(xué)