CN102853958B - 自行车踏板六维力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自行车踏板六维力传感器，包括有机械应变结构和电子检测电路，机械应变结构包括有传感器应变体，传感器应变体套装在一个旋转轴上，旋转轴的两端分别配合安装有轴承，传感器应变体的上、下表面分别设有电路板，两个电路板的另一面分别设有受力承载板；电子检测电路包括有放大调理模块，传感器应变体的电压信号输出端与放大调理模块的信号输入端连接，放大调理模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端通过RS232总线与无线数据传输模块的信号输入端连接，无线数据传输模块的信号输出端通过无线蓝牙与PC机进行通信。本发明在自行车脚踏板现有形状上设计传感器的结构，满足6维力、力矩的功能及测量精度。

Description

自行车踏板六维力传感器
技术领域
    本发明主要涉及传感器领域，尤其涉及一种自行车踏板六维力传感器。
背景技术
现有的6维力传感器大多数是为工程测量、精密控制、精密制造等领域设计制造的，没有专门为自行车运动测量而设计的产品；这些6维力/力矩传感器如果直接应用于自行车运动测量领域的话会有如下缺点与不足：
1．  传感器形状多为圆柱与方柱型，不符合自行车踏板形状要求；
2．  传感器一般内部没有设计转轴，不符合自行车踏板工作方式；
3．  传感器承载测量面只有一面，不符合自行车踏板使用习惯；
4．  传感器的信号调理模块、采集模块多为外置，集成度不高使用麻烦；
5．  传感器多采用有线数据传输，如果用于自行车踏板则使用很不方便。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于测量自行车骑行过程中踏板受力情况的自行车踏板六维力传感器。
本发明是通过以下技术方案实现的：
自行车踏板六维力传感器，其特征在于：包括有机械应变结构和电子检测电路，所述的机械应变结构包括有传感器应变体，所述的传感器应变体包括有一个基座，基座整体呈方形，基座的中心开有一个安装孔，基座的两侧分别固定有一个T形弹性体，每个T形弹性体包括有平行部和垂直部，垂直部的底部固定在基座的一侧，基座上的安装孔平行于T形弹性体的平行部，沿着基座的水平中轴线和垂直中轴线所述的传感器应变体被分为A、B、C、D四个区域，每个区域包括半个T形弹性体，每个区域的半个T形弹性体的平行部的上下前后四个面为                                                、、、面，每个区域的半个T形弹性体的垂直部的垂直于安装孔的面为面，所述的、、、、面上分别贴有两个应变片，每个区域的应变片的编号自至面为1、2，3、4，5、6，7、8，9、0，所述的应变片A0与应变片C0串联，应变片B0、D0串联，应变片A3、C7、C3、A7串联，应变片D3、B7、B3、D7串联，应变片A1、B1、C5、D5串联，应变片A5、B5、C1、D1串联，应变片A2、C2串联，应变片D2、B2串联，应变片A6、C6串联，应变片B6、D6串联，应变片D4、A8、A9、A4、D8、D9串联，应变片C4、B8、B9、B4、C8、C9串联，串联的12个应变片组再相互并联并引出正、负电压输出端，传感器应变体的基座的基座套装在一个旋转轴上，旋转轴的两端分别配合安装有轴承，传感器应变体的上、下表面分别设有电路板，两个电路板的另一面分别设有受力承载板；所述的电子检测电路包括有放大调理模块，传感器应变体的正、负电压信号输出端与放大调理模块的信号输入端连接，放大调理模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端通过RS232总线与无线数据传输模块的信号输入端连接，无线数据传输模块的信号输出端通过无线蓝牙与PC机进行通信，所述的放大调理模块、A/D转换模块、无线数据传输模块集成在其中一个电路板上，所述的各应变片相互之间在另一个电路板上进行接线。
所述的旋转轴的其中一端的轴承外侧还安装有轴承锁定垫片。
所述的基座的上、下端面上分别设有多个安装孔。
本发明的原理是：
实际设计制造时，由于应用要求，很少允许使用六个独立的单维力传感器去测量六维力，而是，在结构上将六个单维力传感器合成一个整体，然后，通过结构的、算法的处理方式分别算出六个方向的分力，并且可以再进行矢量运算，计算合力及其方向。
本发明的优点是：
1．    要在自行车脚踏板现有形状上设计传感器的结构，并且要完全满足6维力的功能及测量精度；
2．    要设计旋转轴装置，满足可自由旋转；
3．    正反面均可受力测量；
4．    信号调理模块、采集模块内置实现高集成度；
5．    采用无线数据传输，方便使用；
6．    应变粱采用双悬臂结构大大减小维间偶合精度高；
7．    整体设计使用户不受任何测量限制，也没有改变自行车踏板的使用习惯；
8．    与传统自行车踏板安装螺纹规格一致，可直接替换任何自行车上的踏板。
附图说明
图1为本发明的机械应变结构的示意图。
图2为本发明的传感器应变体的示意图。
图3为本发明的电子检测电路的原理框图。
图4为本发明的A、B、C、D四个区域的其中一个区域的结构示意图。
图5为本发明的、、、、面中的其中一个面的贴片图。
图6为为本发明的各应变片的接线图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6所示，自行车踏板六维力传感器，包括有机械应变结构和电子检测电路，机械应变结构包括有传感器应变体1，传感器应变体1包括有一个基座11，基座11整体呈方形，基座11的中心开有一个安装孔12，基座11的两侧分别固定有一个T形弹性体13，每个T形弹性体13包括有平行部和垂直部，垂直部的底部固定在基座11的一侧，基座11上的安装孔12平行于T形弹性体13的平行部，沿着基座11的水平中轴线和垂直中轴线所述的传感器应变体1被分为A、B、C、D四个区域，每个区域包括半个T形弹性体13，每个区域的半个T形弹性体13的平行部的上下前后四个面为、、、面，每个区域的半个T形弹性体13的垂直部的垂直于安装孔12的面为面，所述的、、、、面上分别贴有两个应变片14，每个区域的应变片的编号自至面为1、2，3、4，5、6，7、8，9、0，所述的应变片A0与应变片C0串联，应变片B0、D0串联，应变片A3、C7、C3、A7串联，应变片D3、B7、B3、D7串联，应变片A1、B1、C5、D5串联，应变片A5、B5、C1、D1串联，应变片A2、C2串联，应变片D2、B2串联，应变片A6、C6串联，应变片B6、D6串联，应变片D4、A8、A9、A4、D8、D9串联，应变片C4、B8、B9、B4、C8、C9串联，串联的12个应变片组再相互并联，串联的12个应变片组自前至后每两组应变片组的中点共同引出一个方向的力，六个方向的力依次称为FX、FY、FZ、MX、MY、MZ，基座11的上、下端面上分别贴有多个应变片14，传感器应变体1的基座套装在一个旋转轴2上，旋转轴2的两端分别配合安装有轴承3，传感器应变体1的上、下表面分别设有电路板4，两个电路板4的另一面分别设有受力承载板5；电子检测电路包括有放大调理模块6，传感器应变体1的正、负电压信号输出端与放大调理模块6的信号输入端连接，放大调理模块6的信号输出端与A/D转换模块7的信号输入端连接，A/D转换模块7的信号输出端通过RS232总线与无线数据传输模块8的信号输入端连接，无线数据传输模块8的信号输出端通过无线蓝牙与PC机9进行通信，放大调理模块6、A/D转换模块7、无线数据传输模块8集成在其中一个电路板4上，各应变片13相互之间在另一个电路板4上进行接线。
旋转轴2的其中一端的轴承3外侧还安装有轴承锁定垫片10。基座11的上、下端面上分别设有8个安装孔15。

Claims (3)

1.自行车踏板六维力传感器，其特征在于：包括有机械应变结构和电子检测电路，所述的机械应变结构包括有传感器应变体，所述的传感器应变体包括有一个基座，基座整体呈方形，基座的中心开有一个安装孔，基座的两侧分别固定有一个T形弹性体，每个T形弹性体包括有平行部和垂直部，垂直部的底部固定在基座的一侧，基座上的安装孔平行于T形弹性体的平行部，沿着基座的水平中轴线和垂直中轴线所述的传感器应变体被分为A、B、C、D四个区域，每个区域包括半个T形弹性体，每个区域的半个T形弹性体的平行部的上下前后四个面为I、II、III、IV面，每个区域的半个T形弹性体的垂直部的垂直于安装孔的面为V面，所述的I、II、III、IV、V面上分别贴有两个应变片，每个区域的应变片的编号自I至V面依次为1、2，3、4，5、6，7、8，9、0，应变片A0与应变片C0串联，应变片B0、D0串联，应变片A3、C7、C3、A7串联，应变片D3、B7、B3、D7串联，应变片A1、B1、C5、D5串联，应变片A5、B5、C1、D1串联，应变片A2、C2串联，应变片D2、B2串联，应变片A6、C6串联，应变片B6、D6串联，应变片D4、A8、A9、A4、D8、D9串联，应变片C4、B8、B9、B4、C8、C9串联，串联的12个应变片组再相互并联并引出正、负电压输出端，传感器应变体的基座套装在一个旋转轴上，旋转轴的两端分别配合安装有轴承，传感器应变体的上、下表面分别设有电路板，两个电路板的另一面分别设有受力承载板；所述的电子检测电路包括有放大调理模块，传感器应变体的正、负电压信号输出端与放大调理模块的信号输入端连接，放大调理模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接，A/D转换模块的信号输出端通过RS232总线与无线数据传输模块的信号输入端连接，无线数据传输模块的信号输出端通过无线蓝牙与PC机进行通信，所述的放大调理模块、A/D转换模块、无线数据传输模块集成在其中一个电路板上，各应变片相互之间在另一个电路板上进行接线。
2.根据权利要求1所述的自行车踏板六维力传感器，其特征在于：所述的旋转轴的其中一端的轴承外侧还安装有轴承锁定垫片。
3.根据权利要求1所述的自行车踏板六维力传感器，其特征在于：所述的基座的上、下端面上分别设有多个安装孔。
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