一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器。该传感器包括：底座、悬臂梁、应变片和超弹性材料制成的柔性冠；所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于底座上，内部上壁中开设有与空腔相连通的解耦槽，外侧上表面固定有被测材料；所述悬臂梁，位于空腔内，一端固定于底座上，另一端插入所述解耦槽；在平行于摩擦力方向上，悬臂梁插入所述解耦槽的部分的尺寸与所述解耦槽的尺寸相匹配；在垂直于摩擦力方向上，悬臂梁插入所述解耦槽的部分与所述解耦槽的槽顶之间留有间隙；所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置。本发明专利技术能够实现摩擦力与正压力之间的解耦，进而实现对摩擦力的精确测量。

A flexible sensor for measuring friction between fluid and solid

【技术实现步骤摘要】
一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器
本专利技术涉及柔性传感器
，特别是涉及一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器。
技术介绍
摩擦力作为关键力学量的一种，尤其是测量流体与固体之间的摩擦力时，一定要解决正压力和摩擦力对传感器输出的耦合问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器，能够实现摩擦力与正压力之间的解耦，进而实现对摩擦力的精确测量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器，包括：底座、悬臂梁、应变片和超弹性材料制成的柔性冠；所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的解耦槽，外侧上表面固定有被测材料；所述悬臂梁，位于所述空腔内，一端固定于所述底座上，另一端插入所述解耦槽；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分的尺寸与所述解耦槽的尺寸相匹配；在垂直于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分与所述解耦槽的槽顶之间留有间隙；所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。可选的，所述柔性冠的外侧上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述柔性冠外侧上表面的平面材料。可选的，所述悬臂梁垂直于所述被测材料所在平面。可选的，所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置分别粘贴有至少两个应变片。可选的，所述柔性传感器还包括与所述应变片连接的导线。可选的，所述柔性传感器还包括应变片测量电路，所述变片测量电路为所述应变片组成的全桥电路。可选的，所述解耦槽为矩形槽。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的柔性传感器设置了解耦槽，在平行于测量摩擦力方向上，该解耦槽的尺寸与悬臂梁插入解耦槽的那部分的尺寸大小相匹配，在垂直于测量摩擦力方向上，悬臂梁插入解耦槽的部分与解耦槽的槽顶留有间隙。这样，在测量摩擦力时，在正压力作用下，柔性冠向下运动，但由于悬臂梁插入解耦槽的部分与解耦槽的槽顶留有间隙，悬臂梁插入解耦槽的部分并不会与解耦槽的槽顶相接触，进而悬臂梁也就不会受到正压力的影响，实现了对正压力的解耦。同时，悬臂梁插入解耦槽的部分在平行于摩擦力方向尺寸与解耦槽相匹配，这使得，柔性冠能够将摩擦力方向的受力传递给悬臂梁，使悬臂梁弯曲变形，进而实现对摩擦力的测量。本专利技术由于对正压力进行了解耦，进而实现了对摩擦力的精确测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中柔性传感器的原理结构图；图2为本专利技术实施例中柔性传感器的悬臂梁与底座部分结构示意图；图3为本专利技术实施例中柔性传感器的立体图；图4为本专利技术实施例中传感器阵列图。1、被测材料；2、柔性冠；3、悬臂梁；4、空腔；5、底座；6、间隙；7、悬臂梁插入解耦槽的部分；8、应变片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提供了一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器。如图1、图2和图3所示，该柔性传感器包括：底座5、悬臂梁3、应变片8和超弹性材料制成的柔性冠2；所述柔性冠2为中空结构，且内部上壁中开设有与空腔4相连通的解耦槽；所述柔性冠2扣设于所述底座5上，外侧上表面固定有被测材料1；所述悬臂梁3位于柔性冠2的空腔4内，悬臂梁3的一端固定于所述底座5上，另一端插入所述解耦槽；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁3插入所述解耦槽的部分7的尺寸与所述解耦槽的尺寸相匹配；在垂直于摩擦力方向上，所述悬臂梁3插入所述解耦槽的部分7与所述解耦槽的槽顶之间留有间隙6，即所述悬臂梁3插入所述解耦槽的部分7与解耦槽槽顶并不接触，此处的间隙6大小可以根据需要自行设置；所述应变片8设置在所述悬臂梁3的两侧面，所述两侧面为所述悬臂梁3在平行于摩擦力方向上相对的两侧面，其中，应变片8的数量可以为多个。需要说明的是，靠近底座5的位置可以理解为悬臂梁3中点以下的位置。底座5与悬臂梁3固定连接在一起，柔性冠2与底座5连接在一起。当被测材料1受到外部测量材料施加的正压力或者流体压强时，测量材料带动柔性冠2发生向下位移，此时由于解耦槽的作用，柔性冠2的垂直位移对弯曲敏感梁的变形影响非常小。当柔性冠2在测量材料(测量材料可以为流体材料或固体材料)摩擦力的作用下发生平动时，会带动弯曲敏感梁发生弯曲变形。选择不同的柔性冠材料及不同刚度的悬臂梁3，可以改变传感器的测量灵敏度。在上述实施例的基础上，本实施例柔性冠2的外侧上表面为一平面，所述被测材料1为一贴合在所述柔性冠2外侧上表面的平面材料。在测量时，需要测量何种材料的摩擦力时，就将该种材料粘贴于柔性冠2外侧的上表面上。在上述实施例中，所述悬臂梁3垂直于所述被测材料1所在平面。在上述实施例的基础上，本实施例悬臂梁3的两侧面分别粘贴有至少两个应变片8。本专利技术提供的柔性传感器还可以包括与所述应变片8连接的导线(引出线经由空腔4引出)。在本实施例中，所述柔性传感器还可以包括应变片8测量电路，所述变片测量电路为至少四个应变片8组成的全桥电路，用于测量变形。其变形正比于所测摩擦力，通过电阻应变片8测出这一信号，所以应变片8的输出反映了摩擦力的大小。在上述实施例的基础上，本实施例中解耦槽可以为矩形槽。需要说明的是，本专利技术提供的柔性传感器不仅能够测量固体与固体间的摩擦力，还能测量固体与流体之间的摩擦力。在测量固体与固体间的摩擦力时，在传感器柔性冠2的上表面粘贴被测材料1，采用测量材料在被测材料1表面运动，柔性传感器便可以测出二者之间的摩擦力，其中，被测材料1和测量材料均为固体材料。在测量固体与流体之间的摩擦力时，柔性传感器的安装方式为：将传感器镶嵌于待测固体表面，并在传感器的柔性冠2的上表面粘贴上与待测固体材料相同的被测材料1，且保持被测材料1与待测物体的表面相吻合，比如，待测表面与待测固体表面位于同一平面，同时，采用弹性胶(比如，704，705等硅橡胶)密封被测材料1与用于镶嵌传感器的凹槽之间的间隙。当流体流过被测材料1的表面时，传感器即会测得待测固体与流体之间的摩擦力。需要说明的是，传感器在使用前需要进行标定校准。若需测量流体与固体之间摩擦力的分布，需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器，其特征在于，包括：底座、悬臂梁、应变片和超弹性材料制成的柔性冠；/n所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的解耦槽，外侧上表面固定有被测材料；/n所述悬臂梁，位于所述空腔内，一端固定于所述底座上，另一端插入所述解耦槽；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分的尺寸与所述解耦槽的尺寸相匹配；在垂直于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分与所述解耦槽的槽顶之间留有间隙；/n所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。/n

【技术特征摘要】
1.一种可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器，其特征在于，包括：底座、悬臂梁、应变片和超弹性材料制成的柔性冠；
所述柔性冠，内部开设有空腔，扣设于所述底座上，内部上壁中开设有与所述空腔相连通的解耦槽，外侧上表面固定有被测材料；
所述悬臂梁，位于所述空腔内，一端固定于所述底座上，另一端插入所述解耦槽；在平行于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分的尺寸与所述解耦槽的尺寸相匹配；在垂直于摩擦力方向上，所述悬臂梁插入所述解耦槽的部分与所述解耦槽的槽顶之间留有间隙；
所述应变片，设置在所述悬臂梁的两侧面靠近底座的位置，所述两侧面为所述悬臂梁在平行于摩擦力方向上相对的两侧面。


2.根据权利要求1所述的可以测量流体与固体间摩擦力的柔性传感器，其特征在于，所述柔性冠的外侧上表面为一平面，所述被测材料为一贴合在所述柔性冠外侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯振德，常航，吕文佳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12