CN103411712B - 接触应力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触应力传感器，包括设有若干通孔的柔性支撑基底、应变计、柔性传输线和柔性介质，其中，柔性支撑底座位于最下方，应变计与柔性传输线通过引线键合连接为一个整体后粘结于柔性支撑底座的上表面，柔性介质覆盖并粘结于应变计和柔性传输线的上表面。通过采用柔性支撑底座、柔性传输线和柔性介质使所述接触应力传感器可以随着安装环境的变化而弯曲变形，特别适用于位于曲面结构中的物体上下接触面接触应力的测量；通过在支撑基座上设置若干个通孔，不但使只能用于测试拉应力的应变计也可以用于压应力的测试，而且提高了测试的精确度。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种接触应力传感器。
背景技术
曲面狭缝结构的两曲面间一般由弹性介质支撑，实时测量该弹性介质上下接触面上的接触应力有特殊的价值：监测结果一方面可作为外界规范操作的参考，另一方面可以为极端环境下的监测提供技术支撑，但是，由于空间限制，目前接触应力的测量仍然是测量技术的一个难点，常见的箔片式应变计厚度小，有近似平面的结构，可以放置在足够小的狭缝当中，但是这种应变计的结构设计和原理决定了其只能用来测试拉伸力，不可以直接用于接触应力的测试，而一般的接触应力传感器虽然可以安装在狭缝中，但因其基于压阻效应，器件的温度特性差和工艺复杂的问题仍没有得到很好的解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种结构简单、可以快速准确测量位于曲面狭缝结构中的物体上下接触面接触应力的传感器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种接触应力传感器，包括设有若干个通孔的柔性支撑基底、应变计、柔性传输线和柔性介质，其中，柔性支撑底座位于最下方，应变计与柔性传输线通过引线键合连接为一个整体后粘结于柔性支撑底座的上表面，柔性介质覆盖并粘结于连接为一个整体的应变计和柔性传输线的上表面。
进一步地，所述支撑底座上的通孔的截面形状为圆形、正方形或矩形。
进一步地，所述柔性传输线为平面传输线。
进一步地，所述柔性传输线柔性基底的材质为薄膜级聚酰亚胺。
进一步地，所述柔性支撑底座的材质为弹性模量在500MPa～4GPa之间的弹性材料。
进一步地，所述柔性支撑底座的材质为弹性模量在500MPa～4GPa之间的聚酰亚胺。
进一步地，所述柔性介质的材质为弹性模量在1MPa～50MPa之间的弹性材料。
进一步地，所述柔性介质的材质为弹性模量在1MPa～50MPa之间的橡胶。
进一步地，所述柔性介质与连接为一体的应变计和柔性传输线之间、连接为一体的应变计和柔性传输线与柔性支撑底座之间均通过AB胶粘结。
与现有技术相比，本发明所述接触应力传感器的有益效果是：
首先，本发明所述接触应力传感器通过采用柔性支撑底座、柔性传输线和柔性介质使所述接触应力传感器可以随着安装环境而发生弯曲变形，特别适用于位于曲面结构中的物体上下接触面接触应力的测量；
其次，本发明所述接触应力传感器通过在支撑基座上设置若干个通孔，使得只能用于测试拉应力的应变计也可以用于压应力的测试，同时，在应力作用下，位于支撑底座上的应变计上与通孔位置相应的多个部位同时发生弯曲变形，使应变计内的敏感栅在更小的厚度范围内长度变化更加明显，即电阻值变化更加明显，提高了应变计敏感系数，进而提高了测量精确度；
本发明所述接触应力传感器结构简单，操作简便，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明的接触应力传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例1中柔性支撑底座的结构示意图；
图3为本发明实施例2中柔性支撑底座的结构示意图；
图4为本发明实施例3中柔性支撑底座的结构示意图；
图5为本发明实施例中接触应力传感器的工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例中的接触应力传感器包括设有四个圆形通孔11的柔性支撑基底1、应变计2、柔性传输线3和柔性介质4，其中，柔性支撑底座1位于最下方，应变计2与柔性传输线3通过引线键合连接为一个整体后通过AB胶粘结于柔性支撑底座1的上表面，柔性支撑底座1一方面起到支撑整个传感器的作用，另一方面其上设置的四个圆形通孔11也是使本实施例中的接触应力传感器可以用于接触应力监测的主要结构，由于这些孔的存在，在受力作用下，位于柔性支撑底座1上的应变计2上与通孔11位置对应的多个部位同时发生弯曲变形，使应变计2内的敏感栅在更小的厚度范围内长度变化更加明显，即电阻值变化更加明显，提高了应变计2的敏感系数，进而提高检测效果，柔性传输线3的应用方便了曲面狭缝结构中检测信号的传输；柔性介质4覆盖并通过AB胶粘结于连接为一个整体的应变计2和柔性传输线3的上表面，柔性介质4一方面保护应变计2和柔性传输线3不受机械损伤，另一方面使作用于应变计2上的接触应力变得比较均匀。
本实施例中的接触应力传感器的柔性支撑基底1的材质为弹性模量为500MPa的弹性材料，柔性传输线3采用薄膜级聚酰亚胺并经柔性电路板制作工艺制作而成，柔性介质4的材质为弹性模量为1MPa的弹性材料，这些弹性材料的采用使所述接触应力传感器可以任意弯曲变形以更好的适应待测环境，为后续测量提供了便利，同时扩大所述接触应力传感器的适用范围，使其不但适用于平面缝隙间物体表面的接触应力测量，尤其适用于曲面缝隙间物体表面接触应力的测量。
为了适应曲面狭缝结构，最大限度的减小传感器厚度，提高传输线的变形能力，本实施例中的接触应力传感器采用的柔性传输线3为平面传输线。
如图3所示，本实施例中的接触应力传感器的工作原理是：当位于最上方的弹性介质4上受到一定接触应力作用时，由于位于下方的柔性支撑基底1上设有四个圆形通孔11，位于柔性支撑基底1上的应变计2将发生如图3所示的弯曲变形，进而导致应变计2内敏感栅电阻值发生变化，与外围的信号处理系统相连的应变计2将其内部敏感栅电阻值的变化情况反映于电路中，经信号处理即可得到施加在其上面的接触应力变化情况。
实施例2
本实施例中的接触应力传感器结构及工作原理均与实施例1中的接触应力传感器一样，不同之处在于本实施例中的柔性支撑底板上设有四个正方形通孔11；本实施例中的接触应力传感器的柔性支撑基底1的材质为弹性模量为2.25GPa的聚酰亚胺，柔性介质4的材质为弹性模量为25MPa的橡胶。
实施例3
本实施例中的接触应力传感器结构及工作原理均与实施例1中的接触应力传感器一样，不同之处在于本实施例中的柔性支撑底板上设有四个矩形通孔11；本实施例中的接触应力传感器的柔性支撑基底1的材质为弹性模量为4GPa的聚酰亚胺，柔性介质4的材质为弹性模量为50MPa的橡胶。
上述实施例中的柔性支撑底座上的通孔个数并不局限于四个。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (9)
1.一种接触应力传感器，其特征在于：包括设有若干通孔（11）的柔性支撑底座（1）、应变计（2）、柔性传输线（3）和柔性介质（4），其中，柔性支撑底座（1）位于最下方，应变计（2）与柔性传输线（3）通过引线键合连接为一个整体后粘结于柔性支撑底座（1）的上表面，柔性介质（4）覆盖并粘结于应变计（2）和柔性传输线（3）的上表面。
2.根据权利要求1所述的接触应力传感器，其特征在于：所述支撑底座上（1）的通孔（11）的截面形状为圆形、正方形或矩形。
3.根据权利要求1或2所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性传输线（3）为平面传输线。
4.根据权利要求3所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性传输线（3）的柔性基底的材质为薄膜级聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性支撑底座（1）的材质为弹性模量在500MPa～4GPa之间的弹性材料。
6.根据权利要求5所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性支撑底座（1）的材质为聚酰亚胺。
7.根据权利要求1所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性介质（4）的材质为弹性模量在1MPa～50MPa之间的弹性材料。
8.根据权利要求7所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性介质（4）的材质为橡胶。
9.根据权利要求1所述的接触应力传感器，其特征在于：所述柔性介质（4）与连接为一体的应变计（2）和柔性传输线（3）之间、连接为一体的应变计（2）和柔性传输线（3）与柔性支撑底座（1）之间均通过AB胶粘结。
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