双比率力传感器制造技术

本发明专利技术揭示了一种双比率力传感器。弹簧是经过机器加工制造的，其包括第一弹簧部分、第二弹簧部分和压板，所述第一弹簧部分具有第一弹簧比率，所述第二弹簧部分具有第二弹簧比率，而所述压板在弹簧部分之间。一对翼缘附着于弹簧部分的远端。至少有一个传感器附着于多个翼缘中的一个，至少有另一个传感器附着于多个翼缘中的另一个。设置部件用来将弹簧、翼缘和压板耦合在一起，包括至少一个机械停止器来限制弹簧位移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及测量装置，并且尤其涉及一种力传感器，其应用了一 根机器加工制造的弹簧，来提供两种不同的弹簧比率和多个传感器以测量 不同的比率。
技术介绍
在现有技术中，两种单独的力传感器被用来测量两个不同的力范围。 这需要每个传感器的单独的设置方案，由此增加了机械复杂度，并使整体 的硬件方案的重量增加。
技术实现思路
一种双比率力传感器包括在相对的部件之间相耦合的双比率弹簧。弹 簧的一个部分有第一弹簧比率，弹簧的另一个部分有第二弹簧比率。多个 传感器相耦合以测量弹簧位移(displacement)。机械停止器用来限制弹簧的 压縮。附图说明通过参照附图，所描述的实施例祐变得更加容易理解，其中-图1A和1B是根据优选实施例的力传感器的平面图；图2是力传感器的透视图，其省略弹簧以示出LVDT; 图3A-3E是弹簧和翼缘的平面图；图4是力传感器的透视图，其切去了弹簧的一部分以示出LVDT;图5A-5C是LVDT的电路图；图6A-6B是输入力对输出偏移的图示。在所有附图中，相同的标记表示相同的部件。具体实施方式本文描述的优选实施例是一种双比率力传感器。双比率弹簧由单块材 料(例如不锈钢)通过机器加工制造，以在弹簧的任一端具有两种不同的拉伸 规格，在弹簧的部分之间具有共享的翼缘(flange)或者压板(platen)。另一个 翼缘附着于每个弹簧部分的远端。多个LVDT设置在弹簧上以测量位移。 举例来讲，在优选实施例中，LVDT变换器(transformer)被附着在中央共享 的翼缘上，而可移动的核心(电枢)被附着于任意一端的翼缘。来自所有LVDT 的信号与信号处理电路相耦合，其中这些信号被处理并被用于检测和控制 方案。如图1A和1B所示，力传感器10包括一对相对的支柱部分20L、 20R 和弹簧30，弹簧30设置在支柱部分之间。力传感器10典型地应用于飞行 器，并且理想地应用于座舱控制，包括检测驾驶员对副翼、升降舵以及方 向舵控制所施加的力。支柱部分20L、 20R带有翼缘部分22L和22R，这些 翼缘形成在支柱部分的临近端。在一个优选实施例中，止动杆32被耦合在 翼缘部分22L和22R之间，并被用于限制弹簧30的压縮/回縮和扩张/延伸， 这样可以保护弹簧处于最大限制范围内和系统的最大力载荷的范围内。具 体来说，弹簧30在以下情况下可能会变形或断裂(i)在延伸或回縮时，弹 簧被允许在无限制的伸縮范围内移动，或者(ii)当施加于支柱部分20L、 20R 时，弹簧经历最大量的力载荷。如图2所示，设置于弹簧30内部起作用的是三个线性可变差分变换器 (LVDT)40、 41和42。众所周知，LVDT是位移测量设备，其产生与圆柱形 变换器内的可移动核心(电枢)的位移成比例的电信号。对于理解本专利技术，对 其的完整描述被认为是不必要的。 支柱部分20L、 20R的结构也是普遍公知的。优选地，支柱是圆柱形状， 其由不锈钢或者铝通过机器加工制造，直径D1为0.750英寸。(在本专利技术中 所指示的所有尺寸均为近似值)。支柱的附加部分24有一个直径D2为0.2500英寸的圆形开口，其与传感器的一端连接在一个固定的位置上，而 传感器的另一端连接期望的载荷。翼缘部分22L和22R也是由不锈钢或者 铝制造，它们的直径D3近似为2.25英寸，通过例如焊接固定在支柱上。 处于零位的传感器的总长度Ll是9.5英寸，每个支柱部分的测量的长度L2 为3.00英寸，弹簧部分的测量的长度L3为3.50英寸。图3A-3C所示的是弹簧30的优选实施例的详细图示。弹簧30优选地 由单块符合航天材料规格("AMS" )5659的15-5PH不锈钢通过机器加工制 造，在固溶热处理(solution heat treated)条件下，形成圆柱形的结构。从图 3A的右侧开始，弹簧30包括环形的部分33，其深度XI约为0.252英寸， 厚度X2约为0.003英寸，内部设置有翼缘22L。在一个优选实施例中，翼 缘22L被焊接在适当的位置。如图3A所示，弹簧30的左侧有相似的环形 部分，用于设置翼缘22R。止动杆32的端通过相应的翼缘22L和22R的各 自的翼缘开口 127。如图1A和3A所示，弹簧30包括两个不同的比率部分， 即被弹簧分隔翼缘30b隔离的飞行数据记录器(FDR)部分30a和飞行控制电 子装置(FCE)部分30c。弹簧30的FDR部分30a和FCE部分30c有效地建 立了两个弹簧，在FDR和FCE接合期间所述弹簧各自反抗施加于控制系统 上的力。通常来说，根据公知的设计标准，弹簧由相互间偏移90°的梁柱(beam) 组成。梁柱的厚度在给定的载荷下通过弯曲向弹簧给出了其弹簧比率。梁 柱厚度的变化是为了产生不同的弹簧比率以专用于任何给定的应用。在梁 柱间的间隙或者狭槽34， 35， 36和37由梁柱的厚度和弹簧的总长度决定。 此类型的力传感器典型地应用于以下情形，即需要两个力范围，其中一个 远大于另一个，典型地需要通过两个分离的传感器来实现范围和精确度需 求。每个弹簧能够有它的弹簧比率(梁柱的厚度)以适于单一的力范围，而并 不影响另一个弹簧的范围。对于给定的力和循环次数，每个弹簧必须能够 承受压力而不会经历疲劳衰坏。由于这个原因，就可以使用停止器以确保 弹簧所承受的力不会超出其操作范围。虽然在优选情况下弹簧和分隔翼缘是由单块材料通过机器加工制造 的，但也可以通过机器加工两根单独的弹簧，然后再将它们连接(例如通过 焊接或者铜焊)成共同的分隔翼缘。此>卜，可以将具有双比率的单一弹簧通央翼缘，可以在之后例如通过钉住或焊接来添加翼缘。在这个优选的实施例中，在弹簧30的FDR部分30a中的梁柱之间形成 一连串的三个狭槽部分34，每个狭槽的深度乂3为2.2英寸，其内部弯曲半 径Rl为0.095英寸。狭槽34的宽度Wl为O.l卯英寸。在弹簧30的FCE 部分30c中形成两个更小的狭槽部分35，其中每个狭槽具有和狭槽34相同 的深度X3，其内部半径R2为0.055英寸，宽度W2为0.070英寸。狭槽34、 35的边缘应向内侧和外侧弯折(break)大约0.010至0.030英寸的过渡半径 (radius blend)，或者0.005至0.030乘以45度加减10度的斜面。此外，在 狭槽的内部半径或者弹簧的外表面都木应该有机械痕迹。在弹簧30中还形成有一连串的三个间隙36和两个间隙37。第一组间 隙36具有和间隙34相同的宽度Wl ，第二组间隙37具有和间隙35相同的 宽度W2。间隙36、 37的深度X4为1.950英寸。从图中可以看出，狭槽 34、 35和间隙36、 37的开口交错，从而使弹簧30可以小程度地压缩。如图3C所示，弹簧30的弹簧分隔翼缘30b有一连串的开口。三个开 口 26A-C的直径D4均为0.3125英寸，以用来容纳LVDT的变换器部分(未 示出)的设置，如下所述。其中，开口26B位于翼缘的中央，另外两个开口 26A、 26C与中央开口成一线，与中央开口的距离X5为0.719英寸。两个 开口 27的直径D5均为0.250英寸，与中央开口 26的距离X8为0.650英 寸。开口 27用来令止动杆32从其插入。三个开口 28的直径D6均为0.138， 以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双比率力传感器，包括一对相对的部件，所述一对相对的部件具有在它们之间耦合的双比率弹簧和紧邻所述弹簧设置的多个传感器，所述多个传感器用于测量弹簧位移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS布朗宁，
申请(专利权)人：用户传感器与技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]