CN103353364A - 一种具有形变补偿功能的载荷传感器 - Google Patents

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Abstract

一种具有形变补偿功能的载荷传感器，包括传感器外壳，置于传感器外壳内部用于承受压力载荷而发生弹性变形的弹性元件，在弹性元件形变最大处粘贴的电阻应变计，在弹性元件的连接处连接有压电堆容器，其内部放置压电堆，压电堆上部放置着用于限位的压电堆限位端盖，还包括信号调理放大电路和压电驱动器，所述信号调理放大电路的输入端和电阻应变计电连接，输出端和压电驱动器的输入端电连接，压电驱动器的输出端和压电堆电连接；本发明受压-压载荷时，其自身发生的弹性形变量由压电堆进行补偿，能够确保传感器外部尺寸在压力施加方向不变，能够得到准确的位移—载荷曲线。

Description

一种具有形变补偿功能的载荷传感器
技术领域
本发明涉及压力载荷传感器技术领域，具体涉及一种具有形变补偿功能的载荷传感器。
背景技术
对于压—压载荷型传感器而言，其工作原理一般为电阻应变型、半导体应变型、电容型、电感型等，而由于电阻应变型传感器具有灵敏度高，测量范围广、耐受环境广、成本较低等原因，由该原理设计的载荷传感器在工程上得到了广泛的应用。然而正是由于其通过传感器内部弹性元件自身的形变来间接测量压力信号，在测量中传感器本身在压力方向上的尺寸会发生微小的改变，该变化对精确获得位移—载荷曲线造成了不利影响，甚至使得该曲线由于传感器本身的变形而难以准确获得。
由于传感器本身形变测量原理和其整体刚度的存在，在受压时其压力方向尺寸会有所减小，使得传感器上下端的位移情况不相等，下端实际的位移不能得到准确的反应。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有形变补偿功能的载荷传感器，载荷传感器受压-压载荷时其自身发生的弹性形变量由压电堆进行补偿，能够确保传感器外部尺寸在压力施加方向不变，能够得到准确的位移—载荷曲线。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有形变补偿功能的载荷传感器，包括传感器外壳3，置于传感器外壳3内部用于承受压-压载荷而发生弹性变形的弹性元件1，在弹性元件1形变最大处粘贴有电阻应变计2，在弹性元件2的接触端连接有压电堆容器4，压电堆容器4内放置压电堆6，压电堆6上部盖有压电堆限位盖5，还包括信号调理放大电路7和压电驱动器8，所述信号调理放大电路7的输入端和电阻应变计2电连接，输出端和压电驱动器8的输入端电连接，压电驱动器8的输出端和压电堆6电连接。
所述压电堆6为一个或多个形成的压电堆组。
所述传感器外壳3、压电堆容器4和压电堆限位盖5所采用材料的刚度大于待测材料的刚度。
所述压电堆6的最大载荷和压力载荷传感器的量程相匹配。
所述压电堆6的频率响应特性与信号调理放大电路7、压电驱动器8和压力载荷传感器构成的系统的频率响应相匹配。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1）本发明电阻应变计2、弹性元件1、压电堆6、信号调理放大电路7和压电驱动器8构成闭环反馈系统，由于弹性元件1的弹性形变导致电阻应变计2输出相应应变信号，该信号送入信号调理放大电路7的输入端，经信号调理放大电路7处理后，再由信号调理放大电路7的输出端输入至压电驱动器8的输入端，经压电驱动器8功率放大后，随后由压电驱动器8的输出端输入压电堆6，最后由压电堆6通过压电堆容器4作用于弹性元件1。该系统将载荷传感器在工作时产生的弹性形变减小量由位于载荷传感器内部可以伸长的压电堆进行补偿，使得传感器外部尺寸在载荷施加方向不变。
2）由于压力载荷传感器的弹性形变为微小量，一般为μm数量级，对于一般的测量和补偿手段而言很难实现。本发明采用具有精确位移输出的由电压驱动的压电堆6来实现微米数量级的位移输出。且压电堆6微位移的精确输出是由电阻应变计2输出信号经过信号调理放大电路7和压电驱动器8处理，由压电驱动器8对压电堆6加电压实现，可精确控制，实现精确位移输出。
总之，本发明能够消除由压力载荷传感器本身弹性形变造成的位移—载荷曲线失真的不足，能够得到准确的位移—载荷曲线。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如附图所示，本发明一种具有形变补偿功能的载荷传感器，包括载传感器外壳3，置于传感器外壳3内部用于承受压-压载荷而发生弹性变形的弹性元件1，在弹性元件1形变最大处粘贴有电阻应变计2，在弹性元件1的连接处连接有压电堆容器4，压电堆容器4内部放置压电堆6，压电堆6上部盖有压电堆限位端盖5，还包括信号调理放大电路7和压电驱动器8，所述信号调理放大电路7的输入端和电阻应变计2电连接，信号调理放大电路7输出端和压电驱动器8的输入端电连接，压电驱动器8的输出端和压电堆6电连接。
作为本发明的优选实施方式，所述压电堆6为一个或多个形成的压电堆组。
作为本发明的优选实施方式，所述传感器外壳3、压电堆容器4和压电堆限位盖5所采用材料的刚度大于待测材料的刚度。
作为本发明的优选实施方式，所述压电堆6的最大载荷和该载荷传感器的量程相匹配。
作为本发明的优选实施方式，所述压电堆6的频率响应特性与信号调理放大电路7、压电驱动器8和压力载荷传感器构成的系统的频率响应相匹配。
如附图所示，本发明的工作原理为：由位于压电堆限位端盖5上部的传感器推动装置10对传感器施加位移和力，力由压电堆限位端盖5传递到压电堆6，再由压电堆6通过压电堆容器4传递至弹性元件1的连接处，导致弹性元件1发生弹性形变，由于弹性元件1的弹性形变导致电阻应变计2输出相应的信号，该信号送入信号调理放大电路7的输入端，经信号调理放大电路7处理后，再由信号调理放大电路7的输出端输入至压电驱动器8的输入端，经压电驱动器8功率放大后，随后由压电驱动器8的输出端输入压电堆6，压电堆6的受到电压激励后其长度会相应线性地增长，该增长长度的大小与信号放大调理电路7的放大参数相关，经计算和标定试验后修正信号放大调理电路7中的参数使得压电堆6产生的位移恰好能够补偿弹性元件1的弹性形变，最终保证载荷传感器9在压力方向的尺寸不变。从而使得压电堆限位端盖5上端的传感器推动装置10输出与传感器外壳3下端完全相同的位移信号，以获得精确的位移—载荷曲线。

Claims (5)

1.一种具有形变补偿功能的载荷传感器，包括传感器外壳（3），置于传感器外壳（3）内部用于承受压-压载荷而发生弹性变形的弹性元件（1），在弹性元件（1）形变最大处粘贴有电阻应变计（2），其特征在于：在弹性元件（1）的连接处连接有压电堆容器（4），压电堆容器（4）内部放置有压电堆（6），压电堆（6）上部盖有压电堆限位端盖（5），还包括信号调理放大电路（7）和压电驱动器（8），所述信号调理放大电路（7）的输入端和电阻应变计（2）电连接，输出端和压电驱动器（8）的输入端电连接，压电驱动器（8）的输出端和压电堆（6）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有形变补偿功能的载荷传感器，其特征在于：所述压电堆（6）为一个或多个形成的压电堆组。
3.根据权利要求3所述的一种具有形变补偿功能的载荷传感器，其特征在于：所述传感器外壳（3）所采用材料的刚度大于待测材料的刚度。
4.根据权利要求1所述的一种具有形变补偿功能的载荷传感器，其特征在于：所述压电堆（6）的最大载荷和压力载荷传感器的量程相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种具有形变补偿功能的载荷传感器，其特征在于：所述压电堆（6）的频率响应特性与信号调理放大电路（7）、压电驱动器（8）和压力载荷传感器构成的系统的频率响应相匹配。
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