维间解耦二维无线无源传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种维间解耦二维无线无源传感器，其包括上部承力接头、上部万向节刚性结构体、第一支撑套筒、第二支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、下部万向节刚性结构体、扭矩结构支撑环、扭矩承力体、第二凸块、扭矩形变片、轴向弯矩形变体、下部承力接头和刚性拉力传递体；本发明专利技术的维间解耦二维无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的弯曲力分量和扭转力分量，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；可应用在医学领域，人体植入型传感器方向，大大减少传感器植入人体后需在人体中埋线或二次手术的环节。

Interdimensional Decoupling Two-Dimensional Wireless Passive Sensor

【技术实现步骤摘要】
维间解耦二维无线无源传感器
本专利技术属于传感器
，尤其涉及一种维间解耦二维无线无源传感器。
技术介绍
传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件和装置，通常由敏感元件和弹性元件组成。多维力传感器是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩信息的测力传感器,广泛应用于机器人、生物工程、工业制造、医疗卫生等领域。现有技术中的二维乃至多维力传感器主要分为电阻应变式、压电式、电容式力传感器，其结构简单、灵敏且精度较高。传感器的构造是在一定形状的弹性元件上粘贴或用其他方法安装应变敏感元件。当力学量作用在弹性元件上时,弹性元件产生变形,应变敏感元件的阻值随之发生变化,接着由变换电路将阻值变化变成电压变化输出,根据电压变化量即可得知力的大小。但是当传感器在承受扭转应力和弯曲应力的结合时，现有技术中传感器往往通过将应变片组成桥路进行补偿和解耦，在机械结构上并不具备实现扭转应力和弯曲应力的解耦能力。而且，现有的现有二维/多维传感器，由于必须使用导线连接应变片，即使采用无线电进行信息传递，但电池所含电量有限，故难以实现长期动态监测。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种维间解耦二维无线无源传感器，其实现了机械解耦，并能够对垂直于轴向的弯曲力与扭转力所形成的耦合力进行测量，分别求解出偶合力中垂直于轴向的弯曲分力和偶合力中的扭转分力的问题。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种维间解耦二维无线无源传感器，其包括上部承力接头、上部万向节刚性结构体、第一支撑套筒、第二支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、下部万向节刚性结构体、扭矩结构支撑环、扭矩承力体、第二凸块、扭矩形变片、轴向弯矩形变体、下部承力接头和刚性拉力传递体；所述上部承力接头固定于所述上部万向节刚性结构体，所述第一支撑套筒和第二支撑套筒被固定于所述上部承力接头和上部万向节刚性结构体之间；所述弯曲分力支撑圆板被固定于所述第一支撑套筒和第二支撑套筒之间；所述上部万向节刚性结构体包括上固定板以及从所述上固定板上沿所述上固定板的轴线方向延伸形成的两个上凸耳，两个上凸耳在以所述上固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个上凸耳的连线通过所述上固定板的轴线；所述上固定板固定于所述上部承力接头；所述下部万向节刚性结构体包括下固定板以及从所述下固定板上沿所述下固定板的轴线方向延伸形成的两个下凸耳，两个下凸耳在以所述下固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个下凸耳的连线通过所述下固定板的轴线，所述下固定板固定于所述下部承力接头；所述扭矩承力体呈圆筒状，在所述扭矩承力体的外壁面上向外突出形成有两个第一凸块，所述两个第一凸块的连线通过所述扭矩承力体的中心，并且所述两个第一凸块分别被固定于所述上部万向节刚性结构体的上凸耳上；所述第二凸块的内壁面为与所述扭矩承力体的外壁面配合的弧面，两个所述第二凸块可滑动地设置于所述扭矩承力体的外壁面上，所述两个第二凸块分别被固定于所述下部万向节刚性结构体的下凸耳上，并使得第一凸块和第二凸块在所述扭矩承力体的周面交替设置，两个第一凸块的连线垂直于两个第二凸块的连线；在所述扭矩承力体的下端固定有环形封盖，所述环形封盖的直径大于所述扭矩承力体的直径；所述扭矩结构支撑环固定于所述第二凸块上，并且在所述扭矩结构支撑环上相对于第一凸块和第二凸块的位置形成有通孔，螺杆穿过所述通孔拧入第一凸块和第二凸块，所述扭矩结构支撑环上的通孔直径大于所述螺杆的螺纹部的外径；所述扭矩形变片的两端开设有两个通孔，拧入所述第一凸块的一个螺钉和拧入所述第二凸块的一个螺钉分别穿过所述扭矩形变片的两个通孔；所述扭矩形变片上贴有磁致伸缩材料；所述下部万向节刚性结构体通过弯曲分力传递杆连接于锥形拉力刚性体，所述弯曲分力支撑圆板的中心开设有中心孔，所述刚性拉力传递体的下端穿过所述弯曲分力支撑圆板，固定于所述锥形拉力刚性体的上端；所述刚性拉力传递体的上端形成有法兰，在所述法兰上形成有开口向下的环形槽，在所述弯曲分力支撑圆板上开设有开口向上的环形槽，所述轴向弯矩形变体的一端插入于所述刚性拉力传递体的环形槽，另一端插入于所述弯曲分力支撑圆板的环形槽内，所述轴向弯矩形变体采用磁致伸缩材料制造。可选的，所述第一支撑套筒和第二支撑套筒上沿平行于所述第一支撑套筒和第二支撑套筒的轴线方向开设有通孔，所述弯曲分力支撑圆板上也沿其轴线方向开设有通孔，双头螺栓依次穿过上部承力接头、第一支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、第二支撑套筒和上部万向节刚性结构体，通过螺母将上部承力接头、第一支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、第二支撑套筒和上部万向节刚性结构体固定在一起。可选的，在所述弯曲分力传递杆的两端均开设有内螺纹，所述下部万向节刚性结构体和锥形拉力刚性体上均开设有沉孔，在所述沉孔内设置有带孔铜珠，螺钉穿过所述带孔铜珠拧入所述弯曲分力传递杆。可选的，在所述弯曲分力传递杆穿过上部万向节刚性结构体的位置处，所述上部万向节刚性结构体上开设有大于所述弯曲分力传递杆的直径的通孔。可选的，所述弯曲分力传递杆的数量为4个，并且四个弯曲分力传递杆沿所述下部万向节刚性结构体的轴心线均匀分布。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的维间解耦二维无线无源传感器，能够同时检测出耦合力中的弯曲力分量和扭转力分量，即对耦合力进行结构解耦；而且不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；可应用在医学领域，人体植入型传感器方向，大大减少传感器植入人体后需在人体中埋线或二次手术的环节。附图说明图1是本专利技术的维间解耦二维无线无源传感器的立体结构示意图；图2是本专利技术的维间解耦二维无线无源传感器的爆炸结构示意图；图3是本专利技术的维间解耦二维无线无源传感器的立体结构剖视图；图4是本专利技术的扭转力受力敏感区立体结构图；图5是本专利技术的扭转力受力敏感区零件拆解图；图6是本专利技术的弯曲力受力敏感区立体结构图；图7是本专利技术的弯曲力受力敏感区剖视图；图中标记示意为：1-上部承力接头；2-第一支撑套筒；3-弯曲分力支撑圆板；4-第二支撑套筒；5-上部万向节刚性结构体；6-扭矩结构支撑环；7-扭矩承力体；8-环形封盖；9-弯曲分力传递杆；10-下部万向节刚性结构体；11-刚性拉力传递体；12-轴向弯矩形变体；13-带孔铜珠；14-锥形拉力刚性体；15-第二凸块；16-扭矩形变片；17-下部承力接头。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。实施例1本实施例提供了一种维间解耦二维无线无源传感器，其包括上部承力接头1、上部万向节刚性结构体5、第一支撑套筒2、第二支撑套筒4、弯曲分力支撑圆板3、下部万向节刚性结构体10、扭矩结构支撑环6、扭矩承力体7、第二凸块15、扭矩形变片16、轴向弯矩形变体12、下部承力接头17和刚性拉力传递体11；所述上部承力接头1通过双头螺栓和螺母固定于所述上部万向节刚性结构体5，并使得所述第一支撑套筒2和第二支撑套筒4被固定于所述上部承力接头1和上部万向节刚性结构体5之间；而且，所述弯曲分力支撑圆板3被固定于所述第一支撑套筒2和第二支撑套筒4之间。本实施例中，所述第一支撑套筒2和第二支撑套筒4上沿平行于所述第一支撑套筒2和第二支撑套筒4的轴线方向开设有通孔，所述弯曲分力支撑圆板3上也沿其轴线方向开设有通孔，此时，所述双头螺栓依次穿过上部承力接头1、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种维间解耦二维无线无源传感器，其特征在于，包括上部承力接头、上部万向节刚性结构体、第一支撑套筒、第二支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、下部万向节刚性结构体、扭矩结构支撑环、扭矩承力体、第二凸块、扭矩形变片、轴向弯矩形变体、下部承力接头和刚性拉力传递体；所述上部承力接头固定于所述上部万向节刚性结构体，所述第一支撑套筒和第二支撑套筒被固定于所述上部承力接头和上部万向节刚性结构体之间；所述弯曲分力支撑圆板被固定于所述第一支撑套筒和第二支撑套筒之间；所述上部万向节刚性结构体包括上固定板以及从所述上固定板上沿所述上固定板的轴线方向延伸形成的两个上凸耳，两个上凸耳在以所述上固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个上凸耳的连线通过所述上固定板的轴线；所述上固定板固定于所述上部承力接头；所述下部万向节刚性结构体包括下固定板以及从所述下固定板上沿所述下固定板的轴线方向延伸形成的两个下凸耳，两个下凸耳在以所述下固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个下凸耳的连线通过所述下固定板的轴线，所述下固定板固定于所述下部承力接头；所述扭矩承力体呈圆筒状，在所述扭矩承力体的外壁面上向外突出形成有两个第一凸块，所述两个第一凸块的连线通过所述扭矩承力体的中心，并且所述两个第一凸块分别被固定于所述上部万向节刚性结构体的上凸耳上；所述第二凸块的内壁面为与所述扭矩承力体的外壁面配合的弧面，两个所述第二凸块可滑动地设置于所述扭矩承力体的外壁面上，所述两个第二凸块分别被固定于所述下部万向节刚性结构体的下凸耳上，并使得第一凸块和第二凸块在所述扭矩承力体的周面交替设置，两个第一凸块的连线垂直于两个第二凸块的连线；在所述扭矩承力体的下端固定有环形封盖，所述环形封盖的直径大于所述扭矩承力体的直径；所述扭矩结构支撑环固定于所述第二凸块上，并且在所述扭矩结构支撑环上相对于第一凸块和第二凸块的位置形成有通孔，螺杆穿过所述通孔拧入第一凸块和第二凸块，所述扭矩结构支撑环上的通孔直径大于所述螺杆的螺纹部的外径；所述扭矩形变片的两端开设有两个通孔，拧入所述第一凸块的一个螺钉和拧入所述第二凸块的一个螺钉分别穿过所述扭矩形变片的两个通孔；所述扭矩形变片上贴有磁致伸缩材料；所述下部万向节刚性结构体通过弯曲分力传递杆连接于锥形拉力刚性体，所述弯曲分力支撑圆板的中心开设有中心孔，所述刚性拉力传递体的下端穿过所述弯曲分力支撑圆板，固定于所述锥形拉力刚性体的上端；所述刚性拉力传递体的上端形成有法兰，在所述法兰上形成有开口向下的环形槽，在所述弯曲分力支撑圆板上开设有开口向上的环形槽，所述轴向弯矩形变体的一端插入于所述刚性拉力传递体的环形槽，另一端插入于所述弯曲分力支撑圆板的环形槽内，所述轴向弯矩形变体采用磁致伸缩材料制造。...

【技术特征摘要】
1.一种维间解耦二维无线无源传感器，其特征在于，包括上部承力接头、上部万向节刚性结构体、第一支撑套筒、第二支撑套筒、弯曲分力支撑圆板、下部万向节刚性结构体、扭矩结构支撑环、扭矩承力体、第二凸块、扭矩形变片、轴向弯矩形变体、下部承力接头和刚性拉力传递体；所述上部承力接头固定于所述上部万向节刚性结构体，所述第一支撑套筒和第二支撑套筒被固定于所述上部承力接头和上部万向节刚性结构体之间；所述弯曲分力支撑圆板被固定于所述第一支撑套筒和第二支撑套筒之间；所述上部万向节刚性结构体包括上固定板以及从所述上固定板上沿所述上固定板的轴线方向延伸形成的两个上凸耳，两个上凸耳在以所述上固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个上凸耳的连线通过所述上固定板的轴线；所述上固定板固定于所述上部承力接头；所述下部万向节刚性结构体包括下固定板以及从所述下固定板上沿所述下固定板的轴线方向延伸形成的两个下凸耳，两个下凸耳在以所述下固定板轴线为中心线的同一圆柱面上，并且两个下凸耳的连线通过所述下固定板的轴线，所述下固定板固定于所述下部承力接头；所述扭矩承力体呈圆筒状，在所述扭矩承力体的外壁面上向外突出形成有两个第一凸块，所述两个第一凸块的连线通过所述扭矩承力体的中心，并且所述两个第一凸块分别被固定于所述上部万向节刚性结构体的上凸耳上；所述第二凸块的内壁面为与所述扭矩承力体的外壁面配合的弧面，两个所述第二凸块可滑动地设置于所述扭矩承力体的外壁面上，所述两个第二凸块分别被固定于所述下部万向节刚性结构体的下凸耳上，并使得第一凸块和第二凸块在所述扭矩承力体的周面交替设置，两个第一凸块的连线垂直于两个第二凸块的连线；在所述扭矩承力体的下端固定有环形封盖，所述环形封盖的直径大于所述扭矩承力体的直径；所述扭矩结构支撑环固定于所述第二凸块上，并且在所述扭矩结构支撑环上相对于第一凸块和第二凸块的位置形成有通孔，螺杆穿过所述通孔拧入第一凸块和第二凸块，所述扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭益松，王新宇，任立敏，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22