本

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
屬于電子感測衡器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種體積小、量程高、剛度高、測量精度高、抗耦合性強(qiáng)的單維扭矩式傳感器。

背景技術(shù)：

扭矩式傳感器是一種應(yīng)用廣泛的單維測試傳感器，具有靈敏度高、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等基本特點(diǎn)。由于扭矩式傳感器測試主要依賴于結(jié)構(gòu)體剪切變形，剪切位置靈活多變，使得傳感器結(jié)構(gòu)具有極高的可控性，迄今該類型傳感器已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人控制、航空航天測試監(jiān)控以及各類撞擊試驗(yàn)中。但目前本領(lǐng)域內(nèi)公知的一體式單維扭矩式傳感器當(dāng)其彈性敏感區(qū)同時(shí)起到剛性支撐作用時(shí)，存在有傳感器靈敏度與剛度相互制約問題(即由于彈性敏感區(qū)位于傳感器力傳遞的串聯(lián)路徑上，傳感器輸出靈敏度越高，剛度越小)；此外，當(dāng)彈性敏感區(qū)呈薄片式結(jié)構(gòu)時(shí)，還存在著彈性敏感區(qū)法相抗耦合能力差的問題(當(dāng)垂直于彈性區(qū)方向上存在隨機(jī)干擾時(shí)，該干擾力將影響彈性體的輸出信號，影響傳感器的輸出精度。當(dāng)彈性敏感區(qū)呈薄片式結(jié)構(gòu)時(shí)，該類干擾更為明顯)。由于上述因素的影響，致使目前本領(lǐng)域內(nèi)公知類型傳感器的測量精度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等性能均比較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種結(jié)構(gòu)分配更加合理、抗耦合性更強(qiáng)、綜合測量精度更高的高剛度扭矩式傳感器。

用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案如下所述。

一種高剛度扭矩傳感器，包括一個(gè)帶有內(nèi)腔的罩筒式彈性體、一塊安裝在彈性體內(nèi)腔底部的防塵板以及一個(gè)設(shè)置在彈性體至防塵板間腔體內(nèi)的帶調(diào)理板的放大器，在彈性體上部沿中心軸程按“十字”型設(shè)置有四個(gè)彈性梁，在每個(gè)彈性梁的中心敏感區(qū)上表面各粘貼有兩個(gè)敏感電阻應(yīng)變片，其中，四個(gè)彈性梁上各奇數(shù)號敏感電阻應(yīng)變片間依序連接構(gòu)成一路惠斯通電橋，各偶數(shù)號敏感電阻應(yīng)變片間依序連接構(gòu)成另一路惠斯通電橋，兩路惠斯通電橋的引出線接至放大器進(jìn)行放大調(diào)制，經(jīng)調(diào)制后的以電纜形式輸出并經(jīng)防塵板上預(yù)留的出線孔引出,得到兩路輸出電壓信號。

上述高剛度扭矩傳感器中，四個(gè)彈性梁的橫截面均呈U型。

上述高剛度扭矩傳感器中，彈性敏感區(qū)中心位置所在半徑與彈性體最大半徑比為0.65～0.7:1。

上述高剛度扭矩傳感器中，四個(gè)沿彈性體中心軸程“十字”型對稱分布的彈性梁，彈性梁既是彈性敏感區(qū)又是剛性支撐區(qū)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果是：

一、本發(fā)明所述扭矩傳感器中彈性體的彈性區(qū)域整體采用“U”型截面結(jié)構(gòu)，在工作狀態(tài)下，當(dāng)彈性體受扭轉(zhuǎn)作用時(shí)，在彈性應(yīng)變區(qū)“U”型區(qū)域的底部表面上產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)的剪切變形，而敏感應(yīng)變片粘貼于彈性應(yīng)變區(qū)“U”型區(qū)域底部，方向與剪切變形梯度最大方向一致，即剪切變形量與外力呈線性關(guān)系，輸出電壓信號與外力亦呈線性關(guān)系，而且當(dāng)彈性敏感區(qū)法向受到干擾時(shí)，“U”型區(qū)的兩側(cè)側(cè)翼就起到了剛性支撐作用；

二、本發(fā)明所述扭矩傳感器中彈性體的彈性敏感區(qū)為20mm×21mm的長方形區(qū)域，權(quán)衡剛度、靈敏度的相互制約影響，從而優(yōu)化得到最佳的分配方式；此外，將彈性敏感區(qū)所在位置位于彈性敏感區(qū)中心位置所在半徑與彈性體最大半徑比為0.65～0.7:1(最佳比為0.686:1)處，既可保證傳感器具有一定輸出靈敏度，又能最大限度的提高結(jié)構(gòu)的承載能力；

三、本發(fā)明所述扭矩傳感器具有結(jié)構(gòu)形式簡單、線性度好、輸出靈敏度大、應(yīng)用效果好等特點(diǎn)，經(jīng)本發(fā)明設(shè)計(jì)者實(shí)驗(yàn)檢測，本發(fā)明與公知的一維扭矩式傳感器作對比，其靈敏度、抗耦合能力等方面都有較為明顯的提升，具體參數(shù)如下：加載精度≥3‰F.S.；復(fù)合加載精度≥5‰F.S.。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的側(cè)視半剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是該扭矩傳感器對圖1的俯視(視角)下的彈性梁的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中彈性區(qū)橫截面結(jié)構(gòu)的示意圖(I部區(qū)域的A-A視圖)。

圖中各數(shù)字標(biāo)記名稱分別是：1－彈性體，2－放大器，3－防塵板,4－彈性梁一，5－彈性梁二，6－彈性梁三，7－彈性梁四，8－彈性梁“U”截面結(jié)構(gòu),9－彈性敏感區(qū)一，10－彈性敏感區(qū)二，11－彈性敏感區(qū)三，12－彈性敏感區(qū)四，13－敏感電阻應(yīng)變片一，14－敏感電阻應(yīng)變片二，15－敏感電阻應(yīng)變片三，16－敏感電阻應(yīng)變片四，17－敏感電阻應(yīng)變片五，18－敏感電阻應(yīng)變片六，19－敏感電阻應(yīng)變片七，20－敏感電阻應(yīng)變片八，21－過線孔一，過線孔二。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。

參見附圖1，本發(fā)明所述的高剛度扭矩傳感器由彈性體1、放大器2和防塵板3組成。彈性體1為帶下有內(nèi)腔的罩筒式構(gòu)件，在其內(nèi)腔底端壁上設(shè)有凸臺(tái)。防塵板3通過螺紋配合方式連接于彈性體1內(nèi)腔底端凸臺(tái)上，在防塵板3上預(yù)留有出線孔。放大器2設(shè)置在彈性體1至防塵板3間的空腔內(nèi)，其頂端與彈性體1內(nèi)腔上側(cè)底部通過螺紋配合的方式連接，在放大器2上設(shè)有內(nèi)置放大電路的調(diào)理板，用于完成對傳感器檢測信號的放大。

在彈性體1上設(shè)置的彈性梁的結(jié)構(gòu)如圖2所示。四個(gè)彈性梁4、5、6、7沿彈性體1中心軸程按“十字”型設(shè)置在彈性體1上，四個(gè)彈性梁4、5、6、7的橫截面均呈U型(參見圖3)。在每個(gè)彈性梁4、5、6、7的中心對應(yīng)各設(shè)置有一個(gè)彈性敏感區(qū)9、10、11、12。在每個(gè)彈性敏感區(qū)9、10、11、12上表面各粘貼有兩個(gè)敏感電阻應(yīng)變片13、14、15、16、17、18、19、20，各彈性敏感區(qū)上其中的一個(gè)敏感電阻應(yīng)變片間依序連接構(gòu)成一組惠斯通電橋，其中的另一個(gè)敏感電阻應(yīng)變片間依序連接構(gòu)成另一組惠斯通電橋，即如圖2所示的各彈性敏感區(qū)上四個(gè)奇數(shù)號敏感電阻應(yīng)變片(敏感電阻應(yīng)變片一13、敏感電阻應(yīng)變片三15、敏感電阻應(yīng)變片五17和敏感電阻應(yīng)變片七19)間依序連接構(gòu)成一路惠斯通電橋，內(nèi)中的敏感電阻應(yīng)變片一13和敏感電阻應(yīng)變片三15為一組對橋，敏感電阻應(yīng)變片五17和敏感電阻應(yīng)變片七19為一組對橋，并進(jìn)行溫度、靈敏度等的補(bǔ)償；各彈性敏感區(qū)上四個(gè)偶數(shù)號敏感電阻應(yīng)變片(敏感電阻應(yīng)變片二14、敏感電阻應(yīng)變片四16、敏感電阻應(yīng)變片六18和敏感電阻應(yīng)變片八20)間依序連接構(gòu)成另一路惠斯通電橋，內(nèi)中的敏感電阻應(yīng)變片二14和敏感電阻應(yīng)變片四16為一組對橋，敏感電阻應(yīng)變片六18和敏感電阻應(yīng)變片八20為一組對橋，并進(jìn)行溫度、靈敏度等的補(bǔ)償。產(chǎn)品組裝時(shí)，將兩路惠斯通電橋的(mV級信號)引出線接至放大器2的放大板(調(diào)理板)上涂膠固定，構(gòu)成放大器2的輸入線端，并通過放大板上的放大電路完成信號的放大、降噪功能，之后再將放大器2的信號輸出端線通過接插件穿過防塵板3上預(yù)留的出線孔引出，同樣將防塵板3通過螺紋配合的方式固定在彈性體1內(nèi)腔上，完成整個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)組裝。