一种线缆计米器牵引力监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于线缆制造业技术领域，涉及到一种线缆计米器，具体涉及到一种 线缆计米器牵引力监测装置。
【背景技术】
[0002] 计米器是线缆制造必备的设备之一，随着设备和产品的不断改进和提高，计米装 置的合理、精准也越来越为制造商和研究单位所关注和重视。有关计米器减小计米误差方 面的工作是线缆行业制造商十分关注的一项工作，尤其是对价值（附加值）高的产品，如 截面积大的电力电缆、控缆、矿用电缆、交联电缆和通信电缆等更是如此。线缆在不同的张 力状态下（即在绷紧和松弛状态下）计米测量值是不同的，故在这种情况下测量会产生一 定的误差（偏差）。因此，在生产过程中需要线缆自身尽可能保持一定的张力。计米器的 张紧轮、机械压轮的张力和色带计米器导轮在生产制造中是否打滑，也是影响计米精度的 一个重要因素。在实际的生产使用过程中，线缆牵引机的卷取速度，直接影响到计米轮或者 计米履带与线缆的摩擦力大小，在线缆计米的过程中，牵引机带动线缆向前运动，两个计米 轮紧压着线缆，通过计米轮与线缆之间的静摩擦力带动计米轮转动，实现计米功能。
[0003] 如果计米轮与线缆的压力过小，会导致提供的最大静摩擦力不能平衡牵引机的牵 引力，计米轮与线缆之间由原来的静摩擦变成滑动摩擦，导致计米误差。如果压力过大，则 牵引机必须提供足够大的牵引力才能带动线缆运动，增加牵引机的能源损耗。因此，必须对 计米器与线缆之间的正压和静摩擦力进行监测，确保牵引力也即静摩擦力不超过计米轮与 线缆之间的最大静摩擦力，防止线缆与计米轮之间出现滑动摩擦，造成计米误差。
【发明内容】
[0004] 为了克服以上现有技术的不足，本实用新型提供一种线缆计米器牵引力监测装 置，通过在计米轮上设置二维力传感器，监测计米轮与线缆之间的正压和切向的牵引力，防 止线缆与计米轮之间出现滑动摩擦，造成计米误差。
[0005] 本实用新型的技术方案是：一种线缆计米器牵引力监测装置，包括计米轮和线缆 牵引机，还包括二维力传感器和传感系统信号处理器，二维力传感器设置在计米轮的曲面 采集线缆与计米轮之间的正压力和静摩擦力并发送给传感系统信号处理器，传感系统信号 处理器将正压力和静摩擦力反馈给线缆牵引机，二维力传感器包括圆环电容单元组合条状 电容单元组，所述条状电容单元组设置在基板圆环电容单元组外的四角或者圆心，所述圆 环电容单元组包括至少一组圆环电容单元对，圆环电容单元对包括两个相互圆环电容单 元，所述条状电容单元组是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个圆环电容 单元和条状电容单元均包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。
[0006] 线缆计米器牵引力监测装置的圆环电容单元的感应电极和驱动电极正对且形状 相同，条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极长度两端分别预留左差 位S左和右差位5右，b0驱=b0感+5右+5左，其中b0驱为条状电容单元的驱动电极长度， b〇感为感应电极长度。所述条状电容单元的左差位S左和右差位6右有S左=S右，且
容单元圆环的宽度，a50相邻两圆环电容单元之间的电极间距。所述条状电容单元的宽度
剪模量。所述圆环电容单元组和条状电容单元组的驱动电极通过一个引出线与传感系统信 号处理器连接，所述圆环电容单元组的每个圆环的感应电极单独引线与传感系统信号处理 器连接，条状电容单元组的感应电极设一根引线。所述圆环电容单元、电容单元模块与传感 系统信号处理器之间分别设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容 的传输系数。
[0007] 本实用新型的有益效果是：本实用新型在电容测量二维力的基础上，有效使用平 板的使用面积，整个圆环电容单元都对法向作用具有贡献，并且通过差动等方法有效解决 二维力耦合，从而使法向与切向转换都达到较高的线性、精度与灵敏度。另外，对计米轮与 线缆之间的正压和静摩擦力实时监测，避免正压过小提供的最大静摩擦力不足，也避免牵 引力过大导致滑动摩擦，造成计米误差。
【附图说明】
[0008] 图1是本实用新型的【具体实施方式】的同心圆环偏移错位面积分析图。
[0009] 图2是本实用新型的【具体实施方式】的同心圆环错位对外径圆分析图。
[0010] 图3是本实用新型的【具体实施方式】的平行板电容的平面设计图。
[0011] 图4是本实用新型的【具体实施方式】的条形电容单元组平面设计图。
[0012] 图5是本实用新型的【具体实施方式】的两组圆环电容组结构图。
[0013]图6是本实用新型的【具体实施方式】的单元电容对的信号差动示意图。
[0014] 图7是本实用新型的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
【具体实施方式】
[0015] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的各 构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工 艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明 构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0016] 本实用新型的主要思路是：线缆在计米的过程中，由牵引机牵引，线缆从两个计米 轮或者履带中间穿过，计米轮给线缆施加压力，线缆与计米轮之间的静摩擦力带动计米轮 转动，实现长度计量。如果计米轮和线缆之间的压力过小，则最大静摩擦力较小，线缆与计 米轮之间容易出现滑动摩擦，造成计米误差，如果压力过大，会增大线缆与计米轮之间的静 摩擦力，计米轮给线缆的静摩擦力方向与牵引力方向相反，影响牵引机的工作效率，也会使 整个生产线的效率降低。因此，本实用新型在计米轮与线缆接触的曲面上设置二维力传感 器，监测计米轮与线缆的正压和切向静摩擦力，合理设置计米轮与线缆的正压大小，以及线 缆牵引机的牵引速度。在二维力传感器的外表面设置一层柔性薄膜，起到保护传感器的作 用，二维力传感器连接传感系统信号处理器，传感系统信号处理器对数据进行分析处理，给 出计米轮与线缆之间的切向力和法向力，本实用新型的二维力传感器为圆环型的电容式压 力传感器。线缆牵引机根据传感系统信号处理器反馈的静摩擦力和正压力数值，调节牵引 力。
[0017] 圆环型的电容式压力传感器包括圆环电容单元组和条状电容单元组，圆环电容单 元组用于测切向力和法向力的大小，条状电容单元组用于测量切向力的方向，条状电容单 元组设置在圆环的圆心位置，圆环电容单元组包括两组以上圆环电容单元对，圆环电容单 元对包括两个相互圆环电容单元，条状电容单元组是由两个以上的条状电容组成的梳齿状 结构，每个环形电容单元或条状电容单元均包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。 每个圆环电容单元的感应电极和驱动电极正对且形状相同，每个条状电容单元的驱动电极 和感应电极宽度相同，条状电容的驱动电极的长度大于感应电极长度，条状电容的驱动电 极长度两端分别预留左差位S左和右差位S右，b0驱=b0感+5右+ 5左，其中b0驱为条状电容 单元的驱动电极长度，Wig为条状电容单元的感应电极长度。条状电容的差位Ss= 5$，
实用新型中条状电容的驱动电极和感应电极沿宽度方向存在一个初始偏移。
性介质的抗剪模量。圆环电容单元组和条状电容单元组的驱动电极通过一个引出线与传感 系统信号处理器连接，圆环电容单元组的每个圆环单独引线与传感系统信号处理器连接， 条状电容单元的每个感应电极可以通过一根引线与传感系统信号处理器连接。传感系统信 号处理器和电容单元之间设有中间变换器，变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传 输系数。
[0019] 下面结合附图1-7对本实用新型的推导和原理，对各部分形状、构造、各部分之间 的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作进一步详细的说 明。
[0020] 1. 1电容公式及其输入输出特性
[0021] 平行板电容器的初始电容为：
[0023] 式中，￡。真空介质电常数为8.85PF/m，er= 2. 5为电介质的相对介电常数。d。 受〇n的激励产生相对变形en=Sn/d。= 〇n/E，代入⑴式得到输入输出特性
[0025] 1. 2法向应力作用下的线性度和灵敏度
[0026] I. 2. 1法向线性度
[0027] (2)式中^在分母中，故Cn=f(Fn)的关系是非线性的。因转换量程中的最大值 〇n_与介质弹性常数E相比，en是个很小的量，即分母中en〈〈l，将（2)式按级数展开并 略去二次方以上的高阶无穷小，可简化为：
[0034] 按（3)式可得线性灵敏度，
[0035] Snl=C0/AE=e0er/d0E(5)
[0036] Sn2?Fn而变，Fn愈大，Sn2愈大，在整个转换特性上呈轻微非线性。
[0037] 1. 3切向位移和圆环电容器有效面积之间的关系
[0038] 针对同心圆环电容对进行分析，如图1所示，R1为外圆半径，R2为内圆半径，r=圆 环宽度=大外圆半径R1-内圆半径R2。给驱动电极一个切面上的力Fx，导致上下对应的驱 动电极和感应电极产生一个剪切错位，设dx为切面位移，错位面积为S和S#，电极板的初 始正对面积应为(?2-?2)。图2为外同心圆环电容对外径圆分析图，移动前后两圆心距 离为dx，移动前后两圆心和两圆的交点形成一个菱形，可以计算S#的面积：dx
[0044] 同理，可以知道，S内=2R2dx，所以同心圆环电容的错误面积为S= 2RA+2RA。
[0045] 1.4切向应力T激励下的圆环电容器的电容变化
[0046] 切向应力T并不改变极板的几何尺寸参数A。，对介质厚度d。也不产生影响。然 而TJPTy改变了平行板电容器的空间结构，正向面对的上下极板之间发生了错位偏移。 极板在T作用下的错位偏移dx。
[0047] 当T为零时，上下极板是正对的，极板之间有效截面At = 71_珩在图2中， 在Tx右向的作用下，上极板相对于下极板产生了向右的错位偏移dx，从而使上下极板之间 在计算电容时的有效面积