维间解耦三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三维无线无源传感器，其包括轴向力应变连接环板、耦合力传递轴、扭矩传递环、扭矩应变片、耦合力承接圆筒、弯矩转换轴、十字滑块和弯矩应变连接环板。本发明专利技术能够同时检测出耦合力中的轴向力分量，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。

【技术实现步骤摘要】
维间解耦三维无线无源传感器
本专利技术涉及一种维间解耦三维无线无源传感器，属于传感器

技术介绍
现阶段的多维乃至六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。然而这种类型的传感器均采用算法解耦，在耦合力的分离率以及响应精度上依然存在结构性的问题。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。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，弯曲应力以及轴向力的解耦能力。现有多维乃至六维力传感器，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三维无线无源传感器，其至少解决了上述技术问题中的一个。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种维间解耦三维无线无源传感器，其包括轴向力应变连接环板、耦合力传递轴、扭矩传递环、扭矩应变片、耦合力承接圆筒、弯矩转换轴、十字滑块和弯矩应变连接环板；所述轴向力应变连接环板的下表面形成有圆柱部；所述圆柱部与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；所述圆柱部上沿其轴心方向开设有横截面为六边形的盲孔；所述盲孔内设置有方轴，所述方轴的上端固定于所述轴向力应变连接环板的下表面上，所述方轴的轴线与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；所述轴向力应变连接环板通过连接板连接于下部圆环，所述连接板的数量为四个，并且四个连接板沿所述轴向力应变连接环板的周向均匀分布；所述四个连接板位于所述圆柱部的外侧；在所述连接板上粘贴磁致伸缩材料；所述耦合力传递轴固定于所述下部圆环；所述耦合力传递轴的上端为棱柱；所述棱柱的横截面与所述盲孔的横截面相同，所述棱柱可滑动地插入至所述盲孔内；所述棱柱的中心开设有插入孔，所述插入孔的横截面与所述方轴的横截面相同，所述方轴可滑动地插入至所述插入孔内；所述耦合力传递轴的下端套设并固定有扭矩传递环，所述扭矩传递环的内孔的横截面为六边形，所述扭矩传递环所固定位置处的耦合力传递轴的横截面与所述扭矩传递环的内孔的横截面相同；所述耦合力承接圆筒的下端设置有耦合力承接圆板，所述耦合力传递轴的下端穿过耦合力承接圆板，并且从所述耦合力承接圆板的下端伸出；所述耦合力传递轴伸出耦合力承接圆板的部分上设置有卡簧，所述卡簧贴近所述耦合力承接圆板的下表面，通过卡簧固定耦合力承接圆板和扭矩传递环的轴向位置；所述扭矩传递环包括上板、下板和连接上板和下板的连接部，所述上板和下板上均开设有销孔，所述上板和下板上所开设的销孔的数量均为三个，并且三个销孔沿所述扭矩传递环的周向均匀分布；所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递环；所述扭矩应变片的另一端固定于所述耦合力承接圆筒；两个扭矩应变片之间的角度为120°；在所述扭矩应变片的中部的外表面粘贴磁致伸缩材料；所述弯矩转换轴固定于所述耦合力承接圆板上；所述弯矩转换轴上端轴向位置开有沉孔，所述耦合力承接圆板的下方凸轴和耦合力传递轴的下端伸出于耦合力承接圆板的部分设置于所述弯矩转换轴的沉孔内；所述耦合力承接圆板的下端开设有一个环形凹槽，所述弯矩应变连接环板包括上部环板、连接部和下部环板；所述上部环板上形成有环形凸起，所述环形凸起位于所述环形凹槽内；所述连接部连接上部环板和下部环板；所述弯矩转换轴和下部环板之间通过万向节连接；在所述连接部上设置有磁致伸缩材料。可选的，在所述下部圆环和耦合力传递轴上开孔，并通过螺钉将所述耦合力传递轴和下部圆环固定在一起。可选的，所述连接板的厚度为0.1-2mm。可选的，所述第一销轴穿过下板的销孔、扭矩应变片的通孔和上板的销孔，并且所述第一销轴的上端和下端分别固定在所述上板的销孔和下板的销孔内。可选的，所述扭矩应变片的中间厚度小于两端的厚度。可选的，所述弯矩转换轴固定于所述耦合力承接圆板的下表面上。可选的，所述下部环板的上表面上设置有两个下凸耳，并且在所述下凸耳上开设有通孔，螺钉穿过下凸耳的通孔固定于十字滑块上，并使得十字滑块可以相对于下凸耳转动；所述弯矩转换轴的下表面上设置有两个上凸耳，所述上凸耳上开设有通孔，螺钉穿过上凸耳的通孔固定于十字滑块上，并使得十字滑块可以相对于上凸耳转动；所述两个下凸耳的通孔的轴线在同一直线上；所述两个上凸耳的通孔的轴线在同一直线上，并且与两个下凸耳的通孔的轴线垂直相交。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的一种维间解耦三维无线无源传感器能够同时检测出耦合力中的各个分力的大小，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。也可以在机械加工领域，安装在数控机床的刀头位置，实时监测刀具在加工中的受力情况，通过本维间解耦三维无线无源传感器反馈加工信息，改善加工工艺提高生产效率。附图说明图1是本专利技术的维间解耦三维无线无源传感器结构整体示意图。图2是本专利技术的维间解耦三维无线无源传感器整体结构剖视图。图3是本专利技术的维间解耦三维无线无源传感器立体结构爆炸图。图4是本专利技术的轴向力受力敏感区结构整体示意图。图5是本专利技术的轴向力受力敏感区立体结构爆炸剖视图。图6是本专利技术的扭转力受力敏感应变区结构整体示意图。图7是本专利技术的扭转力受力敏感区立体结构整体示意图。图8是本专利技术的扭转力受力敏感区结构整体爆炸图图9是本专利技术的弯曲力受力敏感区结构整体示意图。图10是本专利技术的弯曲力受力敏感区结构整体爆炸图。图中标记示意为：1-轴向力应变连接环板；2-耦合力传递轴；3-扭矩传递环；4-扭矩应变片；5-耦合力承接圆筒；6-弯矩转换轴；7-十字滑块；8-弯矩应变连接环板。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三维无线无源传感器，即一种空竹型维间解耦三维无线无源传感器，其包括轴向力应变连接环板1、耦合力传递轴2、扭矩传递环3、扭矩应变片4、耦合力承接圆筒5、弯矩转换轴6、十字滑块7和弯矩应变连接环板8。所述轴向力应变连接环板1，其上端开有4个螺纹连接孔，用以连接外界待检测部位。所述轴向力应变连接环板1的下表面向下延伸，形成有圆柱部；优选地，所述圆柱部与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；所述圆柱部上沿其轴心方向开设有横截面为六边形的盲孔；优选地，所述六边形为正六边形；所述方轴的上端固定于所述轴向力应变连接环板的下表面上，并且位于所述盲孔内；本实施例中，所述方轴的轴线也与所述轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种维间解耦三维无线无源传感器，其特征在于，包括轴向力应变连接环板、耦合力传递轴、扭矩传递环、扭矩应变片、耦合力承接圆筒、弯矩转换轴、十字滑块和弯矩应变连接环板；/n所述轴向力应变连接环板的下表面形成有圆柱部；所述圆柱部与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；所述圆柱部上沿其轴心方向开设有横截面为六边形的盲孔；所述盲孔内设置有方轴，所述方轴的上端固定于所述轴向力应变连接环板的下表面上，所述方轴的轴线与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；/n所述轴向力应变连接环板通过连接板连接于下部圆环，所述连接板的数量为四个，并且四个连接板沿所述轴向力应变连接环板的周向均匀分布；所述四个连接板位于所述圆柱部的外侧；在所述连接板上粘贴磁致伸缩材料；/n所述耦合力传递轴固定于所述下部圆环；/n所述耦合力传递轴的上端为棱柱；所述棱柱的横截面与所述盲孔的横截面相同，所述棱柱可滑动地插入至所述盲孔内；所述棱柱的中心开设有插入孔，所述插入孔的横截面与所述方轴的横截面相同，所述方轴可滑动地插入至所述插入孔内；/n所述耦合力传递轴的下端套设并固定有扭矩传递环，所述扭矩传递环的内孔的横截面为六边形，所述扭矩传递环所固定位置处的耦合力传递轴的横截面与所述扭矩传递环的内孔的横截面相同；/n所述耦合力承接圆筒的下端设置有耦合力承接圆板，所述耦合力传递轴的下端穿过耦合力承接圆板，并且从所述耦合力承接圆板的下端伸出；/n所述耦合力传递轴伸出耦合力承接圆板的部分上设置有卡簧，所述卡簧贴近所述耦合力承接圆板的下表面，通过卡簧固定耦合力承接圆板和扭矩传递环的轴向位置；/n所述扭矩传递环包括上板、下板和连接上板和下板的连接部，所述上板和下板上均开设有销孔，所述上板和下板上所开设的销孔的数量均为三个，并且三个销孔沿所述扭矩传递环的周向均匀分布；所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递环；所述扭矩应变片的另一端固定于所述耦合力承接圆筒；两个扭矩应变片之间的角度为120°；在所述扭矩应变片的中部的外表面粘贴磁致伸缩材料；/n所述弯矩转换轴固定于所述耦合力承接圆板上；所述弯矩转换轴上端轴向位置开有沉孔，所述耦合力承接圆板的下方凸轴和耦合力传递轴的下端伸出于耦合力承接圆板的部分设置于所述弯矩转换轴的沉孔内；/n所述耦合力承接圆板的下端开设有一个环形凹槽，所述弯矩应变连接环板包括上部环板、连接部和下部环板；所述上部环板上形成有环形凸起，所述环形凸起位于所述环形凹槽内；所述连接部连接上部环板和下部环板；所述弯矩转换轴和下部环板之间通过万向节连接；在所述连接部上设置有磁致伸缩材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种维间解耦三维无线无源传感器，其特征在于，包括轴向力应变连接环板、耦合力传递轴、扭矩传递环、扭矩应变片、耦合力承接圆筒、弯矩转换轴、十字滑块和弯矩应变连接环板；
所述轴向力应变连接环板的下表面形成有圆柱部；所述圆柱部与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；所述圆柱部上沿其轴心方向开设有横截面为六边形的盲孔；所述盲孔内设置有方轴，所述方轴的上端固定于所述轴向力应变连接环板的下表面上，所述方轴的轴线与所述轴向力应变连接环板的轴线重合；
所述轴向力应变连接环板通过连接板连接于下部圆环，所述连接板的数量为四个，并且四个连接板沿所述轴向力应变连接环板的周向均匀分布；所述四个连接板位于所述圆柱部的外侧；在所述连接板上粘贴磁致伸缩材料；
所述耦合力传递轴固定于所述下部圆环；
所述耦合力传递轴的上端为棱柱；所述棱柱的横截面与所述盲孔的横截面相同，所述棱柱可滑动地插入至所述盲孔内；所述棱柱的中心开设有插入孔，所述插入孔的横截面与所述方轴的横截面相同，所述方轴可滑动地插入至所述插入孔内；
所述耦合力传递轴的下端套设并固定有扭矩传递环，所述扭矩传递环的内孔的横截面为六边形，所述扭矩传递环所固定位置处的耦合力传递轴的横截面与所述扭矩传递环的内孔的横截面相同；
所述耦合力承接圆筒的下端设置有耦合力承接圆板，所述耦合力传递轴的下端穿过耦合力承接圆板，并且从所述耦合力承接圆板的下端伸出；
所述耦合力传递轴伸出耦合力承接圆板的部分上设置有卡簧，所述卡簧贴近所述耦合力承接圆板的下表面，通过卡簧固定耦合力承接圆板和扭矩传递环的轴向位置；
所述扭矩传递环包括上板、下板和连接上板和下板的连接部，所述上板和下板上均开设有销孔，所述上板和下板上所开设的销孔的数量均为三个，并且三个销孔沿所述扭矩传递环的周向均匀分布；所述扭矩应变片的一端通过第一销轴铰接于所述扭矩传递环；所述扭矩应变片的另一端固定于所述耦合力承接圆筒；两个扭矩应变片之间的角度为120°；在所述扭矩应变片的中部的外表面粘贴磁致伸缩材料；

【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