[发明专利]一种环形矢量压力传感器及其压力测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环形矢量压力传感器及其压力测量方法，属于传感器的技术领域。

背景技术

随着电子测力产品使用在力学领域的发展，对测力仪器小型化、精确性以及计算方法简单化的要求也越来越高。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器作为常用的测力精密仪器，备受关注。通过压力传感器来测试被测物体的压力值，连接电路设备经由显示设备对压力传感器所测的压力值进行显示输出。但就现有的压力传感器而言，在对物体进行力的接收时，虽然具有小型化和集成化、精度高等优点,但只能接收来自所附物体位置单个方向的力的大小，不能具体给出力的方向以及作用点的位置，在对不同的作用点施加力的过程中，使用上存在一定的局限性，不能很好的追踪物体所受力的位置的改变，在力作用的大小和方向上，对所附物体位置所受的正压、正拉力、压力差以及可以转变为力的变化的其他物理量大小进行单一的测量和控制，随着力作用点的移动，并不能准确测量给出实质所受力的大小和方向，而在对结果要求高的测量中，需准确的定位力的作用点位置以及力的方向，并给出相应的安全措施，因此，力的矢量特性的测量和读取是必不可少的。

所以，现有技术中，需要一种能将所测物体的力的矢量特性都精确显示的传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种环形矢量压力传感器及其压力测量方法，解决现有的压力传感器无法测量所测对象力大小、方向的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种环形矢量压力传感器，包括内环及外环，还包括四组由压力敏感元件、信号采集及处理器、输出电路组成的感应电路，其中四个压力敏感元件的一端沿内环径向固定布置且相邻两个压力敏感元件之间相互垂直，四个压力敏感元件的另一端分别连接信号采集及处理器的一端；所述每个信号采集及处理器的另一端固定连接于外环；所述压力敏感元件用于接收内环由所测受力轴产生的作用力，及生成电压信号输入信号采集及处理器；所述信号采集及处理器用于采集电压信号并进行处理得到作用力值；所述输出电路与信号采集及处理器连接，用于将所得作用力值输出。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述内环由刚性材料构成，且内环的内径等于所测受力轴的直径。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述外环由刚性材料构成。

一种基于上述环形矢量压力传感器的压力测量方法，包括以下步骤：

步骤1、确定坐标系：将内环中心点到任意一个信号采集及处理器所在直线确定为X轴，并在逆时针方向选取与之相邻的信号采集及处理器，由内环中心点到选取的信号采集及处理器所在直线确定为Y轴；

步骤2、获取与内环上受力点所在位置相邻的两个压力敏感元件，由两个压力敏感元件分别接收内环上由所测受力轴产生的作用力并生成电压信号；与该两个压力敏感元件连接的信号采集及处理器分别采集电压信号并计算得到X轴和Y轴上的作用力值；

步骤3、将所得X轴和Y轴上的作用力值进行计算，得到所测受力轴的受力大小及方向。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：步骤3还包括在确定所测受力轴的受力方向后，将该受力方向的延长线与内环内侧的交点确定为内环上的受力点。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

(1)、本发明提供的环形矢量压力传感器，利用作用力与反作用力的相互关系，内环接收来自所测受力轴的作用力，并将力传递接收，内环与压力敏感元件机械连接，压力敏感元件接收来自内环的作用力；信号采集及处理器一端与压力敏感元件连接，另一端与输出电路连接，外环作为固定装置将结构进行固定。由此结构给出所测受力轴任意点的受力情况，结构精准，计算方便。并且当沿轴的力位置发生改变时，通过内环与所测轴的紧密贴合，可以精确的捕捉到受力的改变，进行力的精确追踪。

(2)、进一步地，利用刚性材料构成环形矢量压力传感器，提高环形矢量压力传感器的稳定性以及使用寿命，并对信号采集及处理器起到保护作用。