[发明专利]一种两分量大载荷力传感器

说明书

技术领域

本发明属于力传感器技术领域，特别涉及一种兼具高刚度和高灵敏度的两分量大载荷力传感器。

背景技术

在桥梁建设、船舶、钢铁、油田等行业经常遇到大量程或超大量程力的测量，以便对关心的结果实施在线控制。特别是在重载操作装备需求的驱动下，推动大载荷传感器不断发展。大载荷传感器由于技术难度大，目前在国际上技术比较成熟的主要有加拿大的Kelk公司和瑞典的ABB公司提供的单分量大载荷传感器，国内的主要依赖进口产品，且大部分重载设备仍无法实现重载的测量。在我国大载荷传感器主要有单分量大载荷传感器和六分量大载荷传感器，单分量大载荷传感器主要有CN86105879A发明专利公开的一种附着式测力传感器对单分量大载荷实现间接测量，实用新型专利CN201417189公开的九柱式测力传感器，实用新型专利CN201285314Y公开的大力值称重测力传感器与实用新型专利CN201126387Y公开的应变式钢材轧制力测试传感器；六分量大载荷传感器主要有发明专利CN101149299A公开的三维力整体组装式六维测力传感器，CN101149300A公开的压电式六维大力传感器，CN200710023654.6公开的一种大应变变形比六维并联传感器，实用新型专利CN2108913U公开的应变式组合超大型测力传感器。上述的载荷传感器均采用装配结构，在结构设计及制造方面比较复杂，结构不紧凑，不易实现微型化，且目前2～5分量大载荷传感器很少见。

以上的应变式传感器的敏感单元参与载荷传递，为了尽可能提高信噪比，而不得不将敏感单元做得比较灵敏，但同时带来刚度及承载小的问题。此外，现有并联传感器在技术上相应的还存在结构复杂、刚度低、灵敏度低、标定困难、制造成本高，普遍存在敏感元件的刚度低，导致刚度与灵敏度矛盾难以协调。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高刚度、高频响和高灵敏度的两分量大载荷传感器，将现有应变式传感器的刚度与灵敏度矛盾有效地解决，可广泛应用于两分量大载荷的动态测力。

一种两分量大载荷传感器，其特征在于：所述传感器的主体为长方体结构；在上述的传感器主体正面上挖出两个长方口，其中一个长方口纵向排列且位于传感器主体左侧，另一个长方口横向排列且位于传感器主体右侧，形成整体的倒“日”形结构；上述纵向排列的长方口距离顶面的距离小于距离左侧面的距离；上述横向排列的长方口距离顶面的距离大于距离右侧面的距离；上述传感器结构中两个长方口中间部位称作主支撑梁，两个长方口下方部位称作基座、纵向排列的长方口左边部分称作第一辅支撑梁、上方部分称作第一应变梁，横向排列的长方口上边部分称作第二辅支撑梁、右方部分称作应第二应变梁，其中第一应变梁分别与第一辅支撑梁及主支撑梁垂直，第二应变梁分别与第二辅支撑梁及基座垂直；上述传感器的第一应变梁及第二应变梁分别贴应变片组成两组测量电桥。

上述传感器为长方体结构，两个敏感单元分别由承载单元和传感单元共同组成。该两分量大载荷传感器具有结构简单、解耦强、成本低、承载大、刚度大、固有频率高、灵敏度高、精度高等优点。可广泛用于重载操作装备的重载动态力的测量。

附图说明

图1为两分量大载荷传感器的结构示意图；

图中标号名称：1、第一应变梁，2、第二应变梁，3、基座，4、第二辅支撑梁，5、第一辅支撑梁，6、主支撑梁，7-14、应变片。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种两分量大载荷传感器由第一应变梁1、第二应变梁2、基座3、第二辅支撑梁4、第一辅支撑梁5、主支撑梁6、应变片7-14组成。其中，两个方向的敏感单元分别由主支撑梁和应变梁并联组成，主支撑梁具有高刚度，以承受连杆分支大部分载荷，为承载单元；应变梁具有低刚度和高灵敏度，用于贴片和测量信号的输出，为传感单元。

本发明的工作原理为：当主支撑梁上方承受大载荷±Y时，主支撑梁承受大部分载荷，第一应变梁1仅承受很小部分载荷。当主支撑梁上方承受Y向力时，第一应变梁1的应变片7，8产生拉应力+ε，应变片9，10产生压应力-ε，应变片7，8及应变片9，10分别连成对臂组成电桥即可实现Y向力测量；当主支撑梁上方承受-Y向力时，第一应变梁1的应变片7，8产生压应力-ε，应变片9，10产生拉应力+ε，应变片7，8及应变片9，10分别连成对臂组成电桥即可实现-Y向力测量。±Y向力作用时，第二应变梁2受拉或受压，其上的应变片11，12，13，14产上的极性一致，无输出信号。

同理，当主支撑梁上方承受大载荷±X时，主支撑梁承受大部分载荷，第二应变梁2仅承受很小部分载荷。当主支撑梁上方承受X向力时，第二应变梁2的应变片13，14产生拉应力+ε，应变片11，12产生压应力-ε，应变片11，12及应变片13，14分别连成对臂组成电桥即可实现X向力测量；当主支撑梁上方承受-X向力时，第二应变梁2的应变片11，12产生压应力+ε，应变片13，14产生拉应力-ε，应变片11，12及应变片13，14分别连成对臂组成电桥即可实现-X向力测量。±X向力作用时，第一应变梁1受拉或受压，其上的应变片7，8，9，10产上的极性一致，无输出信号。