单驱动双向拉伸试验装置及柔性应力传感器的制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于传感器制作技术领域，具体涉及一种单驱动双向拉伸试验装置及柔性应力传感器的制作方法。该试验装置包括：第一丝杠、第二丝杠、移动件、连接件、限制装置和驱动装置，第一丝杠和第二丝杠设置在限制装置上，其中一根丝杠在驱动装置的驱动下做旋转运动，并通过齿轮传动带动另一丝杠旋转运动，进而带动螺接在两根丝杠上各个移动件做相向移动或相反移动，固定在移动件上的连接件夹持拉伸试样进行拉伸动作，以及提供了利用该试验装置进行柔性应力传感器的制作方法。本发明专利技术的有益效果是：该试验装置结构简单，安装拉伸试样空间大，操作方便，节省了另外一个驱动装置，所以成本相对较低，通用性强；便于实现自动化系统控制。

【技术实现步骤摘要】
单驱动双向拉伸试验装置及柔性应力传感器的制作方法
本专利技术属于传感器制作
，具体涉及一种单驱动双向拉伸试验装置及柔性应力传感器的制作方法。
技术介绍
目前，柔性应力传感器因其兼具有柔性和弹性的特性，能够贴附于人体皮肤，在机器人、医疗健康监测设备等领域有着潜在的应用。目前，柔性应力传感器的制作，多是基于柔性的基体材料，如氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)等为柔性的弹性基体材料，然后再在基体材料上涂覆碳纳米管或石墨烯等可导电材料，为了能够获得测量更大拉伸应变的柔性应力传感器，制作时需要将柔性基体材料进行预拉伸，然后将导电材料涂覆在表面，这样制作出来的柔性应力传感器可以测量10倍以上的拉伸应变。现有制作这种大的拉伸应变的柔性应力传感器，一般是采用单向预拉伸的方法，在拉伸基体材料过程中出现“颈缩”的现象，这样拉伸不均匀，造成了制作出来的柔性传感器的检测性能不理想的问题。为此需要双向同时拉伸的试验装置。目前，双向拉伸的试验装置有两种实现方式：单驱动方式和双驱动或多驱动方式。采用单驱动输入的双向拉伸试验台通常使用齿轮、绳索作为传动方式，如，中国专利技术专利“一种测试金属板材性能的双向拉伸试验装置”，申请号：201210194623.8，该试验装置是由上连接结构、下连接结构、比例调节机构、夹具滑块机构和连杆构成，存在操作复杂，安装试样空间窄小的问题。采用双驱动或多驱动方式实现，即在横向和纵向两个方向上分别安装独立的驱动装置，如，中国专利技术专利“双向拉压力学试验机以及双向拉压力学试验方法”，申请号：201611006988.8，主要采用4组丝杠模组的十字排布，每组丝杠模组上都有一台伺服电机进行驱动进行拉伸，导致整个拉伸试验机结构复杂，而且成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的单驱动双向拉伸的试验装置操作复杂、安装试样空间窄小的问题和多驱动双向拉伸的试验装置结构复杂、成本高的问题，提供了一种结构简单的、安装试样空间大的、操作方便的和成本相对较低的单驱动双向拉伸试验装置，以及提供了利用该试验装置进行柔性应力传感器的制作方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单驱动双向拉伸试验装置，包括：第一丝杠，所述第一丝杠包括第一螺纹、第二螺纹以及设于第一螺纹和第二螺纹之间的第一斜齿轮，第一螺纹与第二螺纹的旋向相反；第二丝杠，所述第二丝杠包括第三螺纹、第四螺纹以及设于第三螺纹和第四螺纹之间且与第一斜齿轮传动连接的第二斜齿轮，第三螺纹和第四螺纹的旋向相反，所述第一丝杠和所述第二丝杠互相垂直；移动件，所述移动件包括与所述第一螺纹通过螺纹连接的第一移动件、与所述第二螺纹通过螺纹连接的第二移动件、与所述第三螺纹通过螺纹连接的第三移动件以及与所述第四螺纹通过螺纹连接的第四移动件；连接件，所述连接件包括将拉伸试样连接到所述第一移动件的第一连接件、将拉伸试样连接到所述第二移动件的第二连接件、将拉伸试样连接到所述第三移动件的第三连接件和将拉伸试样连接到所述第四移动件的第四连接件；限制装置，所述第一丝杠和所述第二丝杠设置在所述限制装置上，并做旋转运动；驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述第一丝杠或所述第二丝杠，并通过齿轮传动带动另一丝杠旋转运动，进而带动所述第一移动件和所述第二移动件、所述第三移动件和所述第四移动件做相向移动或相反移动。进一步地，所述限制装置包括基座和固定在基座上的四块固定板，每个所述固定板上装有轴承，所述第一丝杠和所述第二丝杠的两端分别固定在所述轴承上。将所述第一丝杠的两端分别固定在两个所述轴承上，这样限制所述第一丝杠在所述轴承上做旋转运动，同样将所述第二丝杠的两端分别固定在两个所述轴承上，限制所述第二丝杠在所述轴承上做旋转运动，四只所述轴承分别固定在四块所述固定板上，这种设计方案，安装使用方便，结构简单。进一步地，该试验装置还包括：与所述第一移动件和所述第二移动件滑动连接的第一导向杆，以及与所述第三移动件和所述第四移动件滑动连接的第二导向杆。优选的，所述第一导向杆平行于所述第一丝杠，所述第二导向杆平行于所述第二丝杠。所述第一移动件和所述第二移动件滑动连接在所述第一导向杆上，所述第一导向杆起到导向和支撑的作用，使得所述第一移动件和所述第二移动件随着所述第一丝杠的旋转运动而更加平稳地移动，同样，所述第三移动件和所述第四移动件滑动连接在所述第二导向杆上，所述第二导向杆起到导向和支撑的作用，使得所述第三移动件和所述第四移动件随着所述第二丝杠的旋转运动而更加平稳地移动，优选的，所述第一导向杆和所述第二导向杆分别平行于所述第一丝杠和所述第二丝杠，这样结构对称简单，而且所述第一导向杆和所述第二导向杆进一步起到了更好的导向和支撑作用。进一步地，所述第一移动件和所述第二移动件之间，以及所述第三移动件和所述第四移动件之间分别装有力传感器或/和位移传感器。所述第一移动件和所述第二移动件之间的所述力传感器和所述位移传感器，以及所述第三移动件和所述第四移动件之间所述力传感器和所述位移传感器，能够分别检测出所述第一移动件和所述第二移动件之间以及所述第三移动件和所述第四移动件之间的力和位移的数值，实时检测出拉伸试样所受力大小和被拉伸的位移情况。进一步地，所述第一丝杠或者所述第二丝杠上装有检测该丝杠轴转动圈数的旋转编码器。所述编码器能够检测出所述第一丝杠或者所述第二丝杠轴转动圈数，便于能够根据拉伸试样所要求的拉伸长度进行直观地得知转动圈数，提高了拉伸控制的精度。优选的，所述驱动装置为伺服电机。伺服电机转速受输入信号控制，并能快速反应，而且位置精度非常准确，在自动控制系统中，具有机电时间常数小、线性度高等特性，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，便于实现自动化控制系统。进一步地，该试验装置还包括：控制模块、分析模块和显示模块，所述控制模块与所述力传感器、所述位移传感器、所述编码器和所述驱动装置信号连接，所述分析模块与所述控制模块、所述力传感器、所述位移传感器和所述编码器信号连接。所述控制模块根据所述力传感器、所述位移传感器和所述编码器提供的数值信息，控制所述驱动装置旋转，进一步控制所述驱动装置正向旋转或反向旋转，所述驱动装置的正向旋转或者反向旋转带动所述第一移动件和所述第二移动件做相向移动或相反移动，以及带动所述第三移动件和所述第四移动件做相向移动或相反移动，所述分析模块分析所述力传感器、所述位移传感器和所述编码器的数值信息，并分析所述控制模块的控制信息，绘制出力与位移、力与变形、力与时间等相关实验曲线，所述显示模块将所测试结果和分析的结果实时显示出来。进一步地，该试验装置外围设有一防护罩。防护罩目的在于防止试验过程中拉伸试样的弹出等，以起到对周围操作者的保护作用。进一步地，利用上述所述的试验装置进行柔性应力传感器的制作方法，包括如下步骤：步骤一，先启动所述驱动装置，驱动所述第一丝杠或者所述第二丝杠，并通过斜齿轮传动带动另一丝杠旋转运动，进而带动所述第一移动件和所述第二移动件、所述第三移动件和所述第四移动件做相向移动，移动到所述第一移动件和所述第二移动件之间的距离，以及所述第三移动件和所述第四移动件之间的距离，两个距离之间能够容纳柔性的弹性基体材料，即可停止所述驱动装置的运行；步骤二，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单驱动双向拉伸试验装置，其特征在于，包括：第一丝杠(1)，所述第一丝杠(1)包括第一螺纹(11)、第二螺纹(12)以及设于第一螺纹(11)和第二螺纹(12)之间的第一斜齿轮(13)，第一螺纹(11)与第二螺纹(12)的旋向相反；第二丝杠(2)，所述第二丝杠(2)包括第三螺纹(21)、第四螺纹(22)以及设于第三螺纹(21)和第四螺纹(22)之间且与第一斜齿轮(13)传动连接的第二斜齿轮(23)，第三螺纹(21)和第四螺纹(22)的旋向相反，所述第一丝杠(1)和所述第二丝杠(2)互相垂直；移动件(3)，所述移动件(3)包括与所述第一螺纹(11)通过螺纹连接的第一移动件(31)、与所述第二螺纹(12)通过螺纹连接的第二移动件(32)、与所述第三螺纹(21)通过螺纹连接的第三移动件(33)以及与所述第四螺纹(22)通过螺纹连接的第四移动件(34)；连接件(4)，所述连接件(4)包括将拉伸试样连接到所述第一移动件(31)的第一连接件(41)、将拉伸试样连接到所述第二移动件(32)的第二连接件(42)、将拉伸试样连接到所述第三移动件(33)的第三连接件(43)和将拉伸试样连接到所述第四移动件(34)的第四连接件(44)；限制装置(5)，所述第一丝杠(1)和所述第二丝杠(2)设置在所述限制装置(5)上，并做旋转运动；驱动装置(6)，所述驱动装置(6)用于驱动所述第一丝杠(1)或所述第二丝杠(2)，并通过齿轮传动带动另一丝杠旋转运动，进而带动所述第一移动件(31)和所述第二移动件(32)、所述第三移动件(33)和所述第四移动件(34)做相向移动或相反移动。...

【技术特征摘要】
1.一种单驱动双向拉伸试验装置，其特征在于，包括：第一丝杠(1)，所述第一丝杠(1)包括第一螺纹(11)、第二螺纹(12)以及设于第一螺纹(11)和第二螺纹(12)之间的第一斜齿轮(13)，第一螺纹(11)与第二螺纹(12)的旋向相反；第二丝杠(2)，所述第二丝杠(2)包括第三螺纹(21)、第四螺纹(22)以及设于第三螺纹(21)和第四螺纹(22)之间且与第一斜齿轮(13)传动连接的第二斜齿轮(23)，第三螺纹(21)和第四螺纹(22)的旋向相反，所述第一丝杠(1)和所述第二丝杠(2)互相垂直；移动件(3)，所述移动件(3)包括与所述第一螺纹(11)通过螺纹连接的第一移动件(31)、与所述第二螺纹(12)通过螺纹连接的第二移动件(32)、与所述第三螺纹(21)通过螺纹连接的第三移动件(33)以及与所述第四螺纹(22)通过螺纹连接的第四移动件(34)；连接件(4)，所述连接件(4)包括将拉伸试样连接到所述第一移动件(31)的第一连接件(41)、将拉伸试样连接到所述第二移动件(32)的第二连接件(42)、将拉伸试样连接到所述第三移动件(33)的第三连接件(43)和将拉伸试样连接到所述第四移动件(34)的第四连接件(44)；限制装置(5)，所述第一丝杠(1)和所述第二丝杠(2)设置在所述限制装置(5)上，并做旋转运动；驱动装置(6)，所述驱动装置(6)用于驱动所述第一丝杠(1)或所述第二丝杠(2)，并通过齿轮传动带动另一丝杠旋转运动，进而带动所述第一移动件(31)和所述第二移动件(32)、所述第三移动件(33)和所述第四移动件(34)做相向移动或相反移动。2.根据权利要求1所述的单驱动双向拉伸试验装置，其特征在于：所述限制装置(5)包括基座(51)和固定所述基座(51)上的四块固定板(52)，每个所述固定板(52)上装有轴承(53)，所述第一丝杠(1)和所述第二丝杠(2)的两端分别固定在所述轴承(53)上。3.根据权利要求1所述的单驱动双向拉伸试验装置，其特征在于，该试验装置还包括：与所述第一移动件(31)和所述第二移动件(32)滑动连接的第一导向杆(7)，以及与所述第三移动件(33)和所述第四移动件(34)滑动连接的第二导向杆(8)。4.根据权利要求2所述的单驱动双向拉伸试验装置，其特征在于：所述第一导向杆(7)平行于所述第一丝杠(1)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，徐修祝，袁宁一，程广贵，张忠强，郭立强，
申请(专利权)人：江苏大学，常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32