一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種傳感器，尤其涉及一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 多維力測量技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，電阻應(yīng)變式傳感器是目前 應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件及電阻應(yīng)變片組成。多維 力彈性敏感元件目前主要有三大類：（1)基于十字梁結(jié)構(gòu)的多維力傳感器（2)基于筒形結(jié) 構(gòu)的多維力傳感器（3)各種基于并聯(lián)機構(gòu)的多維力傳感器，但這些傳感器測量原理比較復(fù) 雜、制造比較困難，量程比較大。 【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本實用新型提供了一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器， 其包括三段梁結(jié)構(gòu)，每段梁上設(shè)有一個通孔組，分別為第一通孔組、第二通孔組、第三通孔 組，第一段梁和第二段梁垂直設(shè)置，其間由連接塊連接，第二段梁和第三段梁的主體在同一 條直線上，亦由連接塊連接，第二段梁和第三段梁的通孔的開孔方向垂直，該傳感器還包括 三個全橋電路，每個電橋有四個帶有溫度自補償?shù)膽?yīng)變片，每個全橋電路設(shè)有一路信號輸 出，各電橋采用相同電壓供電，每個全橋電路的四個應(yīng)變片的阻值相同，全橋電路的四個電 阻均勻設(shè)置在通孔四周。
[0004] 作為本實用新型的進一步改進，每組通孔由三個圓狀孔組成，三個圓狀孔組成一 個整體的通孔。
[0005]作為本實用新型的進一步改進，還包括兩個用于固定位置的通孔，所述用于固定 位置的通孔設(shè)置在所述第一段梁上，安裝螺釘，與支座固定。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，第一段梁和第二段梁之間設(shè)有第一方塊、第二段 梁和第三段梁之間設(shè)有第二方塊。
[0007] 本實用新型的有益效果是：
[0008]本實用新型結(jié)構(gòu)、測量原理簡單，便于制造，成本低。
[0009] 三個電橋各自對應(yīng)三個空間力的測量，三維力的維間耦合小，且對一定量程的扭 矩不敏感，受其干擾小，精度更高。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本實用新型傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本實用新型貼片位置說明圖；
[0012] 圖3A、圖3B、圖3C是本實用新型測量電橋說明圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0014] 如圖1，該傳感器結(jié)構(gòu)開有三部分通孔，第一組通孔2、第二組通孔4、第三組通孔 6,每組通孔由三個圓狀孔組成，便于加工。有兩個便于螺釘固定位置的通孔1。連接結(jié)構(gòu)第 一方塊3、第二方塊5,利于提高整體剛度。如圖2和圖3A、圖3B、圖3C，該傳感器包括三個 全橋電路，每個電橋設(shè)有四個帶有溫度自補償?shù)母呔葢?yīng)變片。各電橋采用相同電壓供電， 共有三路信號輸出，。圖中7為傳感器受力端。
[0015] 測量原理說明：
[0016] 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件及電阻應(yīng)變片組成，彈性敏感元件受力后產(chǎn)生 變形，變形程度由結(jié)構(gòu)本身及力的大小、方向、作用點決定。全橋電路由應(yīng)變片組成，應(yīng)變片 的阻值隨結(jié)構(gòu)形變而變化，全橋電路將結(jié)構(gòu)的形變轉(zhuǎn)化為電信號，可通過電信號的測量來 求解力的大小。（全橋電路輸出電壓為mV級，需要放大、濾波等處理）
[0023] 其中U-電橋電壓；
[0024]U。-電橋輸出電壓；
[0025]RUR2、R3、R4-為應(yīng)變片阻值，取相同值；
[0026] k-應(yīng)變片靈敏度，常量；
[0027]由公式1-5知電橋輸出，與e有關(guān)，而e與彈性體的結(jié)構(gòu)及力的大小有關(guān)，結(jié)構(gòu) 一定且具有線性時，e與某單維力成正比，當只施加某一方向力（量程最大值）時，一個電 橋輸出值比較明顯，而另外兩個電橋輸出相對微小，則傳感器在該方向具有自解耦性。
[0028] 測量空間小量程的三維力，三個方向的量程分別為I. 5N，I. 5N，3N;
[0029] 測量結(jié)構(gòu)維間耦合小，具有自解耦性；
[0030] 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能可靠；
[0031] 測量精度受一定量程的三維扭矩影響??；Z方向高84mm，Y方向長45mm，X方向?qū)?12mm〇
[0032] 設(shè)計貼片位置及橋路，實驗證明其結(jié)構(gòu)對三個方向的小量程力均有較大的靈敏 度。
[0033] 理論上分析其維間耦合度最大值約為1. 14%，且空間三個軸向0.03N.m的扭矩對 其測量結(jié)果的影響十分微小。
[0034] 本實用新型用于測量小量程的三維力，目前已通過初步實驗驗證，其可以測量空 間微小的三維力，如昆蟲爬向時的力，撲翼小鳥的升力與推力等。分辨度可達lmN。
[0035] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視 為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器，其特征在于：其包括三段梁結(jié)構(gòu)，每段梁上設(shè)有 一個通孔組，分別為第一通孔組（2)、第二通孔組（4)、第三通孔組（6)，第一段梁和第二段 梁垂直設(shè)置，其間由連接塊連接，第二段梁和第三段梁的主體在同一條直線上，亦由連接塊 連接，第二段梁和第三段梁的通孔的開孔方向垂直，該傳感器還包括三個全橋電路，每個電 橋有四個帶有溫度自補償?shù)膽?yīng)變片，每個全橋電路設(shè)有一路信號輸出，各電橋采用相同電 壓供電，每個全橋電路的四個應(yīng)變片的阻值相同，全橋電路的四個電阻均勻設(shè)置在通孔四 周。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器，其特征在于：每組通孔由 三個圓狀孔組成，三個圓狀孔組成一個整體的通孔。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器，其特征在于：還包括兩個 用于固定位置的通孔（1)，所述用于固定位置的通孔（1)設(shè)置在所述第一段梁上，安裝螺 釘，與支座固定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器，其特征在于：第一段梁和 第二段梁之間設(shè)有第一方塊（3)、第二段梁和第三段梁之間設(shè)有第二方塊（5)。
【專利摘要】本實用新型提供了一種應(yīng)變式小量程三維力傳感器。X、Y、Z方向上的量程分別為-1.5N~1.5N，-1.5N~1.5N，-3N~3N。該傳感器呈“L”型，帶有三組通孔，共包含三個全橋電路，每個全橋電路由四個帶有溫度自補償?shù)膽?yīng)變片組成，各電橋采用相同電壓供電，全橋電路的四個電阻均勻地貼在通孔薄壁處。三個電橋?qū)?yīng)三個空間力的測量，測量維間耦合小，對一定量程的扭矩不敏感，受其干擾小，精度更高。本實用新型結(jié)構(gòu)、測量原理簡單，且便于制造，能夠降低成本。
【IPC分類】G01L1/22
【公開號】CN204788747
【申請?zhí)枴緾N201520541943
【發(fā)明人】周超英, 吳思遠, 謝鵬, 汪超
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月24日