一种框架式三分量大载荷应变传感器的制作方法

本实用新型属于力学传感器领域，尤其涉及一种三分量力传感器。

背景技术：

在多分量应变传感器(又称多分量天平)领域，常常面对测量各个方向的力与力矩，而一般的力与力矩的得出都有应变片测得的应变数据来反映，主要通过弹性梁的拉压、弯曲和扭转三种方式获得所需的应力数据。面对复杂的受力情况，需要通过机械分解和电气分解对各个方向所受力与力矩进行分别测量。不同结构型式的力传感器，其应用领域也不尽相同。文献《基于压电效应的三分量动态天平的研制》中的三分量动态天平主要用于风洞试验中测量桥梁模型的三分量动态力。文献《三分量应变传感器弹性体结构设计》中的三分量应变传感器主要用于测量推力矢量喷管性能实验的六分量测力系统。文献《S型三分量测力传感器》中的三分量测力传感器主要用于水下检测物体在静止状态下水的阻力、漂力和侧力。文献《翼型测力天平的研制》中的三分量测力天平主要用于研究风洞试验中翼型结冰状态下的载荷变化规律。

技术实现要素：

为了解决现有的三分量大载荷应变传感器刚度和灵敏度的矛盾，本实用新型提供一种结构简单、刚度高、灵敏度高的应变传感器。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种框架式三分量大载荷应变传感器，它是一种新型的三分量力传感器，具体的包括固定平台和浮动平台，其中固定平台四角关于中心点对称设有第一刚性梁、第二刚性梁和第一弹性梁、第二弹性梁，固定平台通过第一刚性梁、第二刚性梁、第一弹性梁、第二弹性梁与浮动平台相连；所述固定平台、浮动平台、第一刚性梁、第二刚性梁、第一弹性梁、第二弹性梁组成立方体框架结构；所述第一弹性梁上方的内外两侧以及下方的内外两侧分别贴有一个应变片；所述第二弹性梁上方的内外两侧以及下方的内外两侧分别贴有一个应变片。

作为优选的技术方案，所述固定平台和浮动平台相互平行。

在上述方案中，优选的，所述第一刚性梁、第二刚性梁、所述第一弹性梁、第二弹性梁相互平行，且长度相同。

进一步优选的，所述第一刚性梁、第二刚性梁、所述第一弹性梁、第二弹性梁垂直于固定平台和浮动平台。

在上述方案中，进一步的，在所述第一弹性梁上贴的应变片组成第一测量电桥，用于测量x分量载荷。

进一步的，在所述第二弹性梁上贴的应变片组成第二测量电桥，用于测量y分量载荷。

在上述方案中，在所述第一弹性梁上的应变片和第二弹性梁上的应变片组合成第三测量电桥，用于测量mx分量载荷。

本发现相相对于现有技术的有益效果是：本实用新型能够实现三分量大载荷的测量，其中一对刚性梁用于承受大部分载荷，一对弹性梁用于信号测量，具有结构简单、刚度高、灵敏度高、精度高等优点，有效解决了传统三分量应变式力传感器的刚度与灵敏度的矛盾。

附图说明

图1为本实用新型框架式三分量大载荷应变传感器的结构示意图；

图2为图1中A向视图；

图3为本实用新型框架式三分量大载荷应变传感器的测量电桥。

图中：1、固定平台，2、浮动平台，3-1、第一刚性梁，3-2、第二刚性梁，4、第一弹性梁，5、第二弹性梁，6-13、应变片。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例具体说明本实用新型的技术方案：

本实用新型涉及一种框架式三分量大载荷应变传感器，如图1和图2所示，包括固定平台(1)和浮动平台(2)，其中固定平台(1)四角沿中心点对称设有一对刚性梁(3-1、3-2)和一对弹性梁(4、5)，固定平台(1)通过刚性梁(3-1、3-2)和弹性梁(4、5)与浮动平台(2)相连；

固定平台(1)、浮动平台(2)、刚性梁(3-1、3-2)和弹性梁(4、5)组成长方体框架结构；

固定平台(1)和浮动平台(2)相互平行，在本实施例中，固定平台(1)和浮动平台(2)的厚度相同，当然厚度不同也在本实用新型的保护范围内；

刚性梁(3-1、3-2)和弹性梁(4、5)相互平行，且长度相同；

刚性梁(3-1、3-2)和弹性梁(4、5)垂直于固定平台(1)和浮动平台(2)。

在弹性梁(4)上下方的左右两侧贴有应变片(6、7、8、9)，组成一组测量电桥，用于测量x分量载荷。

在弹性梁(5)上下方的前后两侧贴有应变片(10、11、12、13)，组成一组测量电桥，用于测量y分量载荷。

弹性梁(4)上的应变片(6、7、8、9)和弹性梁(5)上的应变片(10、11、12、13)，组合成一组测量电桥，用于测量mx分量载荷。

实施例

如图1和图3所示，当该传感器承受大载荷±x时，刚性梁(3-1、3-2)承受大部分载荷，弹性梁(4)仅承受很小部分载荷。当该传感器承受+x向力时，弹性梁(4)的应变片(7、8)产生力+ε，应变片(6、9)产生力-ε，应变片(7、8)及应变片(6、9)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，弹性梁(4)的应变片(7、8)产生力-ε，应变片(6、9)产生力+ε，应变片(7、8)及应变片(6、9)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，弹性梁(5)上的应变片(10、11、12、13)产上的极性一致，无输出信号。

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，弹性梁(5)仅承受很小部分载荷。当主支撑梁上方承受+y向力时，弹性梁(5)的应变片(10、13)产生力+ε，应变片(11、12)产生力-ε，应变片(10、13)及应变片(11、12)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，弹性梁(5)的应变片(10、13)产生力-ε，应变片(11、12)产生力+ε，应变片(10、13)及应变片(11、12)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，弹性梁(4)上的应变片(6、7、8、9)产上的极性一致，无输出信号。

当主支撑梁上方承受大载荷±mx时，主支撑梁承受大部分载荷，弹性梁(4、5)仅承受很小部分载荷。当主支撑梁上方承受+mx时，弹性梁(4)的应变片(6、7、8、9)产生力-ε，弹性梁(5)的应变片(10、11、12、13)产生力+ε，应变片(6、7)、(8、9)及应变片(10、11)、(12、13)分别连成对臂组成电桥即可实现+mx测量；当主支撑梁上方承受-mx时，弹性梁(4)的应变片(6、7、8、9)产生力+ε，弹性梁(5)的应变片(10、11、12、13)产生力-ε，应变片(6、7)、(8、9)及应变片(10、11)、(12、13)分别连成对臂组成电桥即可实现-mx测量。

综上所述，该框架式三分量大载荷应变传感器能够实现三分量力的测量，具有结构简单、刚度高、灵敏度高、精度高等优点，可有效地解决传统三分量应变式力传感器的刚度与灵敏度的矛盾。