一種多功能測力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能測力傳感器，包括十字彈性軸、輸出輸入集流環(huán)、導(dǎo)磁連桿、鐵基納米微晶合金附著層、激磁線圈、測量線圈、防磁干擾屏蔽罩；所述十字彈性軸的四臂長度相等，在其垂直方向兩端安裝測量拉力的拉力環(huán)，水平方向兩端分別安裝用于測量轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸器和用于測量壓力的壓頭；在十字彈性軸承載表面附著鐵基納米微晶合金附著層，在鐵基納米微晶合金附著層表面纏繞測量線圈；導(dǎo)磁連桿連接在十字彈性軸端部并構(gòu)成菱形導(dǎo)磁鋼框；在導(dǎo)磁連桿上纏繞激磁線圈；整個(gè)傳感器置于防磁干擾屏蔽罩內(nèi)。該傳感器既能測量拉力，又能測量壓力和轉(zhuǎn)矩，具有較高的精度和靈敏度。
【專利說明】ー種多功能測力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種測カ傳感器，特別是一種既能測量拉力，又能測量壓力和轉(zhuǎn)矩的高精度多功能傳感器。
技術(shù)背景
[0002]目前國內(nèi)應(yīng)用最大的測カ傳感器是電阻應(yīng)變式傳感器，其原理是將電阻應(yīng)變片粘貼在受被測載荷作用的弾性元件上，應(yīng)變片將彈性元件的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，利用測量電路將電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓@示與記錄，從而得出所受載荷的大小。但電阻應(yīng)變片小，靈敏度一般，受溫度變化影響較大，抗干擾能力差，不適合惡劣環(huán)境工作，應(yīng)變片粘接質(zhì)量以及長時(shí)間的應(yīng)用所產(chǎn)生的蠕變對(duì)測量精度影響很大。另外，常用的測カ傳感器功能単一，當(dāng)被測載荷形式經(jīng)常變化吋，就必須選擇多種傳感器。而多功能化，即利用單ー傳感器實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)參數(shù)的測量，是當(dāng)前傳感器的發(fā)展趨勢之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供ー種多功能測カ傳感器，該傳感器利用鐵基納米微晶合金，具有較高測量精度、靈敏度、溫度穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)簡單，既能測量拉力，又能測量壓力和轉(zhuǎn)矩，是ー種多功能測カ傳感器。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
ー種多功能測カ傳感器，其特征在干:該傳感器包括十字彈性軸、輸出輸入集流環(huán)、導(dǎo)磁連桿和防磁干擾屏蔽罩；十字彈性軸和導(dǎo)磁連桿均設(shè)置在防磁干擾屏蔽罩內(nèi)；所述十字彈性軸的四臂長度相等，在其垂直方向兩端安裝測量拉力的拉カ環(huán)，水平方向兩端分別安裝用于測量轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸器和用于測量壓カ的壓頭；在十字弾性軸承載表面附著鐵基納米微晶合金附著層，在鐵基納米微晶合金附著層表面纏繞測量線圈；導(dǎo)磁連桿連接在十字弾性軸端部并構(gòu)成菱形導(dǎo)磁鋼框；在導(dǎo)磁連桿上纏繞激磁線圈；用于測量動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的輸入輸出信號(hào)集流環(huán)設(shè)置在十字彈性軸水平方向上。
[0005]本發(fā)明中，十字彈性軸4臂長度相等，材質(zhì)為40Cr鋼。可通過激光熔覆、或熱噴涂、或粘貼等エ藝方法在十字弾性軸承載表面附著ー層厚度為30?50 ii m的鐵基納米微晶合金，然后在其表面纏繞匝數(shù)為久的測量線圈，共計(jì)4個(gè)。采用普通碳鋼制成的導(dǎo)磁連桿和銷軸，把十字彈性軸端部緊緊連接，構(gòu)成ー個(gè)菱形導(dǎo)磁鋼框。分別在每個(gè)導(dǎo)磁連桿上纏繞匝數(shù)為乂的激磁線圈，共計(jì)4個(gè)。在十字彈性軸水平方向安裝集流環(huán)，用于測量動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩時(shí)，輸入激磁電流和輸出感應(yīng)信號(hào)，集流環(huán)安裝在與聯(lián)軸器相對(duì)的另一端。為防止外部電磁干擾，將整個(gè)十字彈性軸及線圈置于鋁制的屏蔽罩內(nèi)。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
1、采用特殊結(jié)構(gòu)的受カ敏感元件，即十字彈性軸，不僅實(shí)現(xiàn)了單ー傳感器既能測量拉壓力，又能測量轉(zhuǎn)矩。
[0007]2、導(dǎo)磁連桿不僅使傳感器磁路封閉，而且使十字彈性軸垂直方向作用拉カ時(shí)，水平方向受壓；或者水平方向作用壓力，垂直方向收拉。根據(jù)磁彈性效應(yīng)，當(dāng)測量拉カ時(shí)，壓カ方向磁導(dǎo)率的變化增強(qiáng)了傳感器的輸出。同樣，當(dāng)測壓カ時(shí)，垂直方向產(chǎn)生的磁導(dǎo)率的變化也增強(qiáng)了傳感器的輸出。最終，使傳感器的輸出靈敏度得到提高。
[0008]3、充分利用了鐵基納米微晶合金的軟磁特性，即利用其大幅高于普通鐵磁材料的磁導(dǎo)率、磁致伸縮系數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)以及良好的溫度穩(wěn)定性，均勻的微觀組織，從而明顯提高了傳感器的測量精度和靈敏度。
[0009]4、采用了交流全等臂測量電橋，實(shí)現(xiàn)了十字彈性軸水平與垂直兩個(gè)方向測量線圈感應(yīng)電壓的相互增強(qiáng)，還能完全消除由于溫度變化引起的線圈阻抗的改變。
[0010]5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是十字彈性軸的受カ分析圖。
[0013]圖3a是傳感器工作原理示意圖中磁路示意圖。
[0014]圖3b是線圈#2由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢盡示意圖。
[0015]圖4是感應(yīng)電壓采用交流全等臂電橋輸出示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]ー種多功能測カ傳感器，見圖1，該傳感器包括十字彈性軸1、輸出輸入集流環(huán)2、導(dǎo)磁連桿3、防磁干擾屏蔽罩4 ;十字彈性軸和導(dǎo)磁連桿均設(shè)置在防磁干擾屏蔽罩內(nèi)；十字彈性軸的四臂長度相等，材質(zhì)為40Cr鋼。在其垂直方向兩端安裝測量拉力的拉カ環(huán)11，水平方向兩端分別安裝用于測量轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸器12和用于測量壓カ的壓頭13 ;在十字彈性軸水平段和垂直段圓周承載表面附著鐵基納米微晶合金附著層14，可通過激光熔覆、熱噴涂、粘貼等エ藝方法在十字弾性軸承載表面附著ー層厚度為30-50 ii m的鐵基納米微晶合金，然后在其表面纏繞匝數(shù)為久的測量線圈15，共計(jì)4個(gè)。導(dǎo)磁連桿通過銷軸連接在十字弾性軸端部并構(gòu)成菱形導(dǎo)磁鋼框；分別在每個(gè)導(dǎo)磁連桿上纏繞匝數(shù)為M的激磁線圈31 ;在十字彈性軸水平方向上設(shè)有測量動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩時(shí)，用于輸入輸出信號(hào)的輸出輸入集流環(huán)2。輸出輸入集流環(huán)設(shè)置在十字彈性軸水平方向的左端壓頭側(cè)。
[0017]本發(fā)明為防止外部電磁干擾，將整個(gè)十字彈性軸及線圈置于鋁制的屏蔽罩內(nèi)。
[0018]本發(fā)明基于鐵磁材料的磁彈性效應(yīng)以及電磁感應(yīng)原理。對(duì)于受拉壓應(yīng)力的鐵磁材料，所謂磁彈性效應(yīng)是指，當(dāng)材料處于弱磁場中的，在拉應(yīng)變方向的磁導(dǎo)率増大，而在壓應(yīng)力方向的磁導(dǎo)率減小。對(duì)于受轉(zhuǎn)矩作用的傳動(dòng)軸，磁彈性效應(yīng)是指，在一根旋轉(zhuǎn)的鐵磁軸中若通入電流，則在軸中不僅有環(huán)形磁通，還有軸向磁通存在。
[0019]圖2所示為傳感器敏感元件十字弾性軸的受力狀況。
[0020]根據(jù)力學(xué)知識(shí)，當(dāng)傳感器測量拉力/ 時(shí)，在垂直方向，作用于十字弾性軸的軸向力Z7n3為拉力，其值為:
【權(quán)利要求】
1.ー種多功能測カ傳感器，其特征在于:該傳感器包括十字彈性軸(I)、輸出輸入集流環(huán)(2)、導(dǎo)磁連桿(3)和防磁干擾屏蔽罩(4);十字彈性軸(I)和導(dǎo)磁連桿(3)均設(shè)置在防磁干擾屏蔽罩(4)內(nèi)；所述十字彈性軸(I)的四臂長度相等，在其垂直方向兩端安裝測量拉力的拉カ環(huán)(11)，水平方向兩端分別安裝用于測量轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸器(12)和用于測量壓カ的壓頭(13);在十字彈性軸(I)承載表面附著鐵基納米微晶合金附著層(14)，在鐵基納米微晶合金附著層(14)表面纏繞測量線圈(15);導(dǎo)磁連桿(3)連接在十字彈性軸(I)端部并構(gòu)成菱形導(dǎo)磁鋼框；在導(dǎo)磁連桿(3)上纏繞激磁線圈(31);用于輸入輸出信號(hào)的輸出輸入集流環(huán)(2 )設(shè)置在十字彈性軸(I)水平方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測カ傳感器，其特征在于:所述十字彈性軸(I)的材質(zhì)為40Cr鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測カ傳感器，其特征在于:所述鐵基納米微晶合金附著層(14)通過激光熔覆、或熱噴涂、或粘貼エ藝附著在十字彈性軸(I)的承載表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測カ傳感器，其特征在于:所述鐵基納米微晶合金附著層(14)厚度為30?50iim。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測カ傳感器，其特征在于:所述電刷和滑環(huán)設(shè)置在十字彈性軸(I)水平方向的壓頭(13)端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測カ傳感器，其特征在于:所述防磁干擾屏蔽罩(4)由招制成。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK103439034SQ201310405517
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】石延平, 范書華, 侯金柱 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院