CN107074180A - 应变仪负荷传感器锚 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应变仪负荷传感器锚的装置、制造方法和使用方法，所述应变仪负荷传感器锚包括用于将安全带连接至载具的安全带锚(5)。所述安全带锚(5)具有将所述安全带锚连接至安全带的第一锚开口(14)，并且所述锚(5)具有将所述安全带锚(5)连接至载具的第二锚开口(10)。可以在所述安全带锚(5)上提供一个或多个应变仪(42、44)，以测量施加到所述安全带锚(5)的力，使得所述安全带锚(5)作为应变仪负荷传感器锚而操作。

Description

应变仪负荷传感器锚
背景技术
本发明涉及负荷传感器锚的改进装置、制造方法以及使用方法。特别地，本发明涉及一种能够测量施加的力的应变仪负荷传感器锚。
在很多种应用中，安全系带会被用于将乘客或货物固定至各种支架、平台、座椅或组装件。诸如飞机、船只或汽车等载具可以使用系带将人或物体牢固地保持在载具上，并且在出现碰撞的情况下保护人或物体。这些安全系带可以由可以通过一个或多个锚连接至载具的一个或多个单个带制成。锚可以包括安全带中的简单环或更复杂的附接设备，并且锚可以被设计为直接地或者经由载具的座椅、框架或本体间接地连接至载具。
通常，在载具的测试期间会使用诸如负荷传感器等力传感器，通过测量载具上以及乘客上的负荷来辅助设计和改进载具的组件。为了测试载具安全带，大量的负荷传感器会被附接至测试平台并且直接或间接地连接至安全带锚。负荷传感器继而返回在实验碰撞情景期间由安全带和载具施加到负荷传感器的力。
目前，由于当前负荷传感器的大小和重量制约，几乎仅在实验室环境中的测试台上对安全系带进行测试。许多载具系带锚固在没有多少进路或周围空间的狭窄位置中。一些安全带通过载具座椅连接至载具，载具座椅几乎没有空间来支撑单独的负荷传感器。此外，典型的高性能载具使用具有六至九个附接点的系带，当需要不止一个数据源时，这就倍增了典型负荷传感器的重量和大小问题。在一些情况下，当前的安全系带测试系统必须将安全带从其使用位置伸长和/或重新定位，以便与负荷传感器连接。这可能导致安全带和安全带锚上的力的测量结果不准确。
通过付出的努力、独创和创新，这些识别出的问题中的许多问题已经通过开发本发明的实施例中所包含的解决方案解决了，本文中详细描述了本发明的实施例的许多示例。
发明内容
负荷传感器可以计算由任何附接的设备或连接器施加到该负荷传感器的力。所述负荷传感器向用户提供关于作用在所述负荷传感器和周围系统上的力的关键信息。该信息可以用于改进所述系统的各个组件的设计，或者其可以用于监测直接或间接连接至所述负荷传感器的乘客和/或货物的物理状况。因此，本文所描述的本发明的实施例涉及一种用于测量施加到系带和/或锚的上的力和/或应变的改进的负荷传感器。
在一些实施例中，用于载具安全带的应变仪负荷传感器锚可以包括安全带锚，并且可以包括附接至所述安全带锚的一个或多个应变仪。所述安全带锚可以包括被配置为将所述安全带锚连接至安全带的第一锚开口。所述安全带锚还可以包括第二锚开口，所述第二锚开口被配置为将所述安全带锚连接至载具，使得所述安全带锚被配置为将所述安全带连接至所述载具。所述一个或多个应变仪可以被配置为测量由所述安全带施加到所述安全带锚的力。
在一些实施例中，所述安全带锚可以响应于施加到所述安全带锚的力而至少在所述第一锚开口与所述第二锚开口之间弹性变形。所述一个或多个应变仪可以在所述安全带锚弹性变形时弹性变形。在一些实施例中，每个应变仪的电阻可以被配置为在弹性变形时改变阻值，使得所述一个或多个应变仪被配置为通过每个应变仪的电阻的阻值变化来测量所述安全带锚上的力。
在一些实施例中，所述应变仪中的至少两个可以定位于所述第一锚开口的与所述第二锚开口相同的侧上。
所述安全带锚可以还限定了贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线。在一些实施例中，所述应变仪中的至少两个相对于所述第一轴线定位于所述第一锚开口与所述第二锚开口之间。所述安全带锚可以还限定了贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线。在一些实施例中，所述安全带锚可以还限定了与所述第一轴线正交的所述第二开口的轴线，使得所述安全带锚被配置为相对于所述载具绕所述第二开口的轴线枢转，以使所述力的方向维持在由所述第一轴线和所述第二开口的轴线所限定的平面内。
在一些实施例中，所述一个或多个应变仪中的至少一个可以附接至所述安全带锚的边缘。所述安全带锚的所述边缘可以限定圆周方向和基本上垂直于所述圆周方向的横向方向。所述边缘可以在所述横向方向上，在所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的位置处是平坦的。所述应变仪负荷传感器锚的一些实施例包括所述边缘中的至少一个凹部，所述至少一个凹部在所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的位置处，使得所述边缘在所述圆周方向上，在所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的所述位置处是凹形的。在一些实施例中，所述一个或多个应变仪可以附接至所述安全带锚的边缘。
所述应变仪负荷传感器锚的一些实施例可以包括限定于所述安全带锚的边缘中的至少一个通道。所述边缘可以限定圆周方向和基本上垂直于所述圆周方向的横向方向。所述至少一个通道的横向宽度可以小于所述安全带锚的横向宽度，并且所述一个或多个应变仪中的至少一个可以设置在所述至少一个通道内。
在一些实施例中，所述安全带锚可以限定第一面和第二面。所述第一面可以基本上平行于所述第二面，并且所述一个或多个应变仪中的至少一个可以附接至所述第一面或所述第二面中的一个。
一些实施例可以包括应变电路，所述应变电路设置在所述安全带锚上并连接至所述应变仪中的每一个，使得所述应变电路可以被配置为从所述应变仪中的每一个接收应变数据。在一些实施例中，所述应变电路可以设置在由所述安全带锚限定的第一面或第二面中的一个的凹处中。所述应变电路可以通过一个或多个相应的导线连接至所述应变仪中的每一个，并且所述导线中的至少一条导线可以至少部分地设置于所述安全带锚的边缘中限定的导线通道中。在一些实施例中，所述应变电路可以包括温度补偿器，所述温度补偿器被配置为将应变数据隔离于预定范围内的温度波动。所述应变电路可以包括应变处理电路，所述应变处理电路被配置用于确定所述安全带锚上的力或应变中的一个。
在本发明的一些其他实施例中，可以提供一种制造安全带应变仪负荷传感器的方法。所述方法可以包括提供具有第一锚开口和第二锚开口的安全带锚，并且可以包括将一个或多个应变仪附接至所述安全带锚，使得所述一个或多个应变仪可以被配置为测量所述安全带锚上的力。在一些实施例中，所述第一锚开口可以被配置为将所述安全带锚连接至安全带。所述第二锚开口可以被配置为将所述安全带锚连接至载具，使得所述安全带锚可以被配置为将所述安全带连接至所述载具。
在一些实施例中，所述安全带锚还限定贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线。所述安全带锚还限定了与所述第一轴线正交的所述第二开口的轴线，使得所述安全带锚被配置为相对于所述载具绕所述第二开口的轴线枢转，以使所述力的方向维持在由所述第一轴线和所述第二开口的轴线所限定的平面内。在一些实施例中，附接所述一个或多个应变仪可以包括将所述一个或多个应变仪附接至所述安全带锚的边缘。
所述方法的一些实施例可以包括使所述安全带锚上的所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的附接位置处的边缘变平。
一些实施例可以包括在所述边缘中邻近所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪之处形成至少一个凹部。所述安全带锚的所述边缘可以限定圆周方向和基本上垂直于所述横向方向的横向方向，并且所述边缘在所述圆周方向上，邻近所述一个或多个应变仪中的所述至少一个应变仪之处是凹形的。
所述方法的一些实施例可以包括将应变电路附接至所述安全带锚，以及可以包括将所述应变电路连接至所述应变仪中的每一个，使得所述应变电路可以被配置为从所述应变仪中的每一个接收应变数据。
在本发明的又一实施例中，可以提供一种测量安全带对负荷传感器锚的力的方法。所述负荷传感器锚可以包括具有第一锚开口和第二锚开口的安全带锚，其中安全带可以连接至所述第一锚开口，其中所述第二锚开口可以连接至载具，使得所述安全带可以通过所述安全带锚连接至所述载具，并且其中所述负荷传感器锚可以还包括附接至所述安全带锚的一个或多个应变仪。
所述方法的一些实施例可以包括所述安全带向所述安全带锚施加力，以及可以包括利用附接至所述安全带锚的所述一个或多个应变仪来测量施加到所述安全带锚的力。向所述安全带锚施加力可以致使所述安全带锚弹性变形，使得所述一个或多个应变仪也弹性变形，并且测量施加到所述安全带锚的力可以包括测量由所述一个或多个应变仪的弹性变形导致的所述一个或多个应变仪的电压变化。
在一些实施例中，测量施加到所述安全带锚的力还包括从具有应变电路的所述一个或多个应变仪接收应变数据。从具有应变电路的所述一个或多个应变仪接收应变数据可以包括对所述应变数据应用温度补偿。所述应变电路可以包括应变处理电路，并且测量施加到所述安全带锚的力可以包括使用所述应变处理电路确定所述安全带锚上的力或应变中的一个。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的具有安全系带的载具座椅的透视图；
图2示出了根据本发明的实施例的附接至载具座椅的应变仪负荷传感器锚的近视图；
图3示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的透视图；
图4示出了根据本发明的实施例的具有安全带和紧固构件的应变仪负荷传感器锚的俯视图；
图5示出了根据本发明的实施例的附接至载具的应变仪负荷传感器锚的主视图；
图6示出了附接至如图5中所示的载具的应变仪负荷传感器锚的剖视图；
图7图示了基于来自本发明的实施例的数据的示例性力对时间曲线图；
图8示出了根据本发明的实施例的安全带锚的透视图，出于示例性目的而移除了应变仪；
图9示出了根据本发明的实施例的安全带锚的俯视图，出于示例性目的而移除了应变仪；
图10示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的仰视图，出于示例性目的而移除了应变仪；
图11示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的左视图，出于示例性目的而移除了应变仪；
图12示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的右视图，出于示例性目的而移除了应变仪；
图13示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的正视图，出于示例性目的而移除了应变仪；以及
图14示出了根据本发明的实施例的应变仪负荷传感器锚的后视图，出于示例性目的而移除了应变仪。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的一些而不是全部实施例。实际上，本发明能够以许多不同的形式体现，并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开内容将满足可适用的法律要求。如本文所使用的，出于示例性目的包括了诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“上部”或“下部”等术语仅用于示出一定特征的相对位置，并且不应被解释为将本发明的范围局限于单一方向。遍及全文同样的数字指代同样的元素。
如本文所使用的术语“载具”可以包括但不限于诸如乘用车、跑车或者开轮式或闭轮式的赛车等汽车；飞机；船舶以及/或者用于这样的机器的各种模型和测试台。
除了上文提及的测试情景之外，对于载具，特别是高性能载具而言，能够监测在载具的正常操作期间施加到安全系带系统和锚的力是有益的。例如，在碰撞期间，赛车驾驶员常规性地经受五十倍至七十倍之间的重力，这意味着对合力的广泛和准确的监测至关重要。对乘客在碰撞期间经受的力的实时在用监测可以通过下面操作来改进对乘客的碰撞后处理：显示施加在身体上的实际力，以及通过返回关于碰撞的准确的真实的数据来改进系带、锚、座椅和载具的设计。
本发明提供了一种强大可靠的应变仪负荷传感器锚，其可以替代现有的安全带锚，而不需要单独的力传感器。参考图1，示出了根据本发明的一个实施例的载具座椅。该载具座椅可以用包括一个或多个单个安全带的安全系带来保持住载具中的乘客。系带在载具内可以具有两个至九个之间的接触点以固定乘客，这意味着每个系带具有两个至九个之间的与载具和/或载具座椅的附接点。在一个实施例中，载具安全系带可以配备有至少三个接触点。在第二个实施例中，载具安全系带可以配备有至少四个接触点。在另一实施例中，载具安全系带可以配备有至少五个接触点。在又一实施例中，载具安全系带可以配备有六至九个接触点。
在一些实施例中，安全带可附接至载具的框架，使得在碰撞期间由乘客施加到系带的大部分力直接被传递到载具中。一些实施例可以将一个或多个安全带附接至防滚架或底板。在一些其他实施例中，一个或多个安全带可以附接至载具座椅。在这些实施例中，载具座椅可以附接至载具并且可以将系带的力传递到载具中。通过将系带直接附接至座椅，可以允许载具座椅在载具内移动位置，例如在驾驶员侧的冲击的情况下，可以同时将乘客牢固地保持在载具座椅内。
图2示出了根据本发明的一个实施例的安装在载具座椅上的应变仪负荷传感器锚的放大视图。图2的示例实施例中的负荷传感器锚连接至系带组装件的安全腰带并且锚固至载具座椅的内侧。如本文所讨论的，负荷传感器锚可以备选地安装在载具座椅的外部上或者载具的框架上。在一些实施例中，负荷传感器锚可以设置在载具座椅的侧面或背面上，而安全带则可以围绕或穿过载具座椅。如本文所讨论的，应变仪负荷传感器锚可以类似地应用于任何系带组装件的任何锚固点或接合处以利于测量施加到该锚固点或接合处的力。例如，赛车系带的肩部、膝部、胯部或其他锚固点中的任何一个可以与本文所讨论的应变仪负荷传感器锚的实施例相配合。
在一些实施例中，应变仪负荷传感器锚包括安全带锚，安全带锚可以基本上匹配正在使用的特定载具座椅的标准安全带锚的形状。在一些实施例中，本文所讨论的应变仪负荷传感器锚技术可以被改型到现有的安全带锚上。在一些备选实施例中，应变仪负荷传感器锚能够以与现有安全带锚基本相同的形状系数来构建，或者可以被构建为形状不同的负荷传感器锚。
如图2中所示，在一些实施例中，安全带锚的形状可以基本上是三角形的，该安全带锚具有接纳安全带的拉长的第一锚开口和将安全带锚附接至载具的第二锚开口。在一些实施例中，如图2中所示，螺栓或其他紧固构件被配合到了第二锚开口中以将该锚附接至载具。安全带锚可以被塑形成使安全带在附接了锚时不会卡在载具上。在一些实施例中，如图3中所示，安全带锚5在第一锚开口14处或其附近可以具有弯曲部18，使得安全带锚的第一端部24设置在相对于锚表面20的第二端部22大约十八度之处。不过，弯曲部18的角度可以是确保安全带、载具和锚之间的强连接的任何期望范围。当应变仪负荷传感器锚1附接至载具时，第二端部22可以与载具的表面齐平，而第一端部24与该表面成一定角度，以使安全带顺利地穿过第一锚开口14。该角度可以使安全带绕过第一端部24而不被夹在安全带锚5与载具之间。这可以防止当安全带抵靠载具的表面滑动时对该安全带的磨损。
安全带锚还可以被设计成绕第二锚开口枢转，以使施加的力与紧固构件在一条线上，并且避免对安全带锚或紧固构件施加过大的扭矩。例如，如图3中所示，安全带锚可以被配置为绕第二锚开口的轴线E枢转，使得安全带与载具之间的力的方向位于由第一轴线C与第二锚开口的轴线E所形成的平面内，该第一轴线C连接第一安全带锚和第二锚开口的中心点A、B。
如下文进一步详细解释，一个或多个应变仪42、44可附接至安全带锚5，以集成式组装的方式测量锚中的力，从而在一些实施例中避免对载具中的单独的负荷传感器和锚的需要。在一些实施例中，应变仪42、44可以通过环氧胶或其他可以将应变仪牢固地附接至安全带锚5的粘合剂附接。在施加力时，应变仪42、44通过测量安全带锚5的弹性变形来测量力。安全带锚5可以响应于安全带与载具之间的相反的力而至少在第一锚开口与第二锚开口之间弹性变形。在一些实施例中，应变仪包括片材中的多条平行导线，在安全带锚5的下面的表面产生弹性变形时，该片材在纵向上弹性变形。在应变仪弹性变形时，其内电阻发生改变，从而可以确定安全带锚上的应变。例如，如果应变仪的平行导线轴向伸长，则每条导线的直径必然变窄，从而使应变仪的电阻的阻值增加。同样，如果平行导线被压缩，则由于导线的直径增加，应变仪的电阻的阻值会减小。使用安全带锚上的应变和安全带锚的已知性质，如本文进一步详细讨论，负荷传感器锚可以确定安全带锚上的力(例如通过校准应变仪来确定)。在一些实施例中，应变仪可以用粘合剂或环氧树脂牢固地固定至安全带锚的表面。在一些实施例中，传统的安全带锚可以用应变仪改型，以便确保最终的应变仪负荷传感器锚是与原始锚有基本相同的大小和构型。
参考图3，示出了根据本发明的一些实施例的应变仪负荷传感器锚1。如本文所讨论的，一个或多个应变仪42、44可以附接至安全带锚5，以便测量安全带锚的弹性变形，从而确定由载具和安全带施加到锚的力。在一些实施例中，可以相对于应变仪42、44的特定负荷传感器锚对应变仪42、44进行校准，以返回与应变仪的电阻变化和/或电压变化相关的力。在一些环境中，锚的特性，诸如其尺寸和/或杨氏模量，可以允许根据应变仪负荷传感器锚上测得的应变来确定力。
在一些实施例中，应变仪42、44可以附接至安全带锚5的边缘30，使得每个应变仪被配置为测量其下方的部分边缘的弹性变形。可以使安全带锚5的边缘30变平，以使应变仪42、44与安全带锚可以平坦连接。例如，如图3至图5中所示，使一对应变仪42下方的边缘部分36变平，而可以使其他边缘部分32、34圆化和/或倒角化。
在一些实施例中，可以使用应变仪42、44来测量安全带锚5的周向弹性变形，同时最小化应变仪的横向弹性变形。一些应变仪42、44可以被设计用于测量沿着其平行导线的轴线的应变，以便测量应变仪片材内的线性弹性变形。在一些情况下，应变仪42、44的垂直于平行导线的轴线的横向弹性变形也可能影响电阻和/或电压，从而影响应变仪的应变测量。本发明的一些实施例至少在应变仪42、44的附接位置处使边缘部分36、38的横向方向变平。例如，参考图3至图5，本发明的一个或多个应变仪44可以设置在安全带锚5的边缘30中的凹部38内。在这些部分中，凹部的周向维度(例如，对应于安全带锚5沿着边缘30的圆周的方向)是凹形的，以便放大边缘的表面的弹性变形，但是凹部的横向维度(例如垂直于周向维度)是平坦的。由于凹部的曲线会使边缘30的长度增加，因此该凹部的凹形表面38可以响应于安全带锚上的力而比周向平坦部分更多地弹性变形。这会使应变仪44沿着该应变仪的平行导线在圆周方向上的弹性变形增加，同时保持应变仪的横向维度是平坦的，以减小读数的误差。在一些备选实施例中，边缘30的轮廓可以设定成任何使力读数的准确度增加或者使应变仪负荷传感器锚更可靠的形状或构型。
如上所论述，安全带锚5的边缘30可以是完全平坦的或者至少在横向维度上是平坦的。在一些实施例中，这一平坦部分36、38可以在锻造之后通过将边缘30切割和/或研磨成期望的平坦度而添加到安全带锚5。在一些备选实施例中，安全带锚可以铸造为具有期望平坦度的边缘部分36、38，或者可以锻造成基本上平坦的，并且随后机加工成更光滑的表面。类似地，边缘的凹陷部分38可以在锻造之后形成，诸如在边缘上机加工成凹形部分，或者备选地可以基本上锻造成期望的形状，以及它们的组合。在一些实施例中，可以使不具有应变仪42、44的边缘部分32、34倒角化、圆化或者以其他方式构型成类似于传统的安全带锚。
在一些备选实施例中，应变仪42、44可以安置在安全带锚5的上表面20和/或下表面21上，并且在一些实施例中，可以凹入到该表面中。
在一些实施例中，多个应变仪42、44可以安置在安全带锚的表面20、21和/或边缘30上的各种位置中。在一些实施例中，应变仪42、44可以相对于中心轴线C对称，如图3至图5中所示，使得应变仪在相应配对中成一条线。例如，在图3中所示的实施例中，第一对应变仪42相对于中心轴线C彼此反射对称。类似地，还可以提供第二对应变仪44，其可以附加地或备选地彼此反射对称。在一些实施例中，还可以提供边缘30的凹陷部分38，其可以相对于中心轴线C反射对称。应变仪42、44中的每一个可以单个地或者与其他应变仪一起设置在凹部38中。在一些实施例中，如图3至图5中所示，应变仪44的一些部分可以设置在凹部38内，并且应变仪42的一些部分可以设置在安全带锚5的周向平坦的边缘36上。一些备选实施例可以将应变仪42、44中的每一个设置在锚5的周向平坦的边缘36上。
在一些实施例中，应变仪42、44可以设置在安全带锚5的第二端部22上，在第一锚开口14的与第二锚开口10相同的侧上。应变仪42、44可以相对于贯穿第一锚开口10和第二锚开口14的中心A、B的轴线C定位于第一锚开口14与第二锚开口10之间。应变仪42、44可以直接处于这两个开口之间，在轴线C上，或者可以处于这两个开口之间相对于轴线C并且偏离该轴线，诸如图3至图5中所示。在一些实施例中，应变仪42、44中的一个或多个可以处于第一锚开口14与第二锚开口10之间，而其余的应变仪42、44可以相对于轴线C安置在相对于第一锚开口14的第二锚开口10后面。
在一些实施例中，应变仪42、44可以设置在安全带锚5的边缘30中的通道内。通道可以具有与凹部38类似的新月形或凹形形状，但是仅可以切割进锚5的横向宽度的一部分，使得锚5的顶表面和/或底表面看起来具有笔直边缘。在该实施例中，凹陷边缘38的好处可以通过一个较长的可以附接应变仪42、44的凹形表面来实现，但是通道的顶表面和底表面中的一个或者这二者要得到保护以避免意外接触。在制造期间，通道还可以使安全带锚5移除的材料变少。
应变仪42、44中的每一个均可以连接至应变电路46。在一些实施例中，应变电路46可以从应变仪42、44中的每一个，接收与表示每个应变仪的附接位置处所检测到的应变量的信号相对应的应变数据。应变数据可以是相应应变仪42、44的一个或多个应变仪中的电阻变化和/或电压变化的形式，其可以指示每个应变仪的相对弹性变形。在一些实施例中，应变电路46可以仅包括焊盘用于终止从应变仪42、44至输出导线49的导线48。在该实施例中，可以在单独的系统中执行合成应变和力的大部分计算。在一些备选实施例中，如本文所描述，应变电路46可以在内部处理全部应变数据或一些应变数据。
在一些实施例中，应变电路46经由将应变仪42、44中的每一个连接至应变电路的导线48而向每个应变仪供应电流。应变电路46可以附加地或备选地接收连接至该电路的应变仪42、44中的每一个的电压。
在一些实施例中，如图5中所示，可以将连接应变仪42、44中的一个或多个应变仪与应变电路46的导线48的至少一部分设置在安全带锚5的边缘30或表面20、21中的通道中。导线48的至少一部分可以完全或部分地设置在锚5的边缘30的表面下方，以防止来自载具的其他组件或者来自乘客/货物的干扰。
在一些实施例中，如图3至图4中所示，应变电路46可以安置在安全带锚5的上表面20上。在一些进一步的实施例中，应变电路46可以凹入安全带锚5的上表面20中，使得应变电路的全部或一部分处于锚的表面20下方。在一些实施例中，应变电路46可以安置在锚5的表面20的第二端部22上。应变电路46可以相对于贯穿第一锚开口10和第二锚开口14的中心A、B的轴线C而定位在第一锚开口14与第二锚开口10之间。如图3至图5中所示，应变电路46可以直接处于在这两个开口之间，在轴线C上，或者可以处于在这两个开口之间相对于轴线C并且偏离该轴线。在一些备选实施例中，应变电路46可以安置在锚5的顶表面24的第一端部24上，凹于安全带路径50(图4中所示)下方或者凹向安全带的一侧。在一些备选实施例中，应变电路46可以凹入安全带锚5的下表面21中(如图5中所示)。
在一些实施例中，应变电路46可以是应变处理电路。应变处理电路46可以处理和组合应变数据以确定安全带锚5上的力。应变处理电路46继而可以随时间检测每个应变仪的电阻和/或电压，以确定下面的安全带锚5上的应变。应变处理电路46可以对力进行确定并且经由主输入/输出电缆49输出由此得到的确定结果。应变处理电路46可以包括微控制器或其他类似的计算装置。在一些其他实施例中，应变处理电路46可以对应变仪42、44的电阻变化和/或电压变化进行组合并且经由输入/输出电缆49将其输出，并且对应变数据的分析和处理可以在诸如位于载具中的其他地方的处理器和存储器等单独的计算系统中执行。在一些实施例中，可以使用天线或者本领域已知的其他通信接口从应变处理电路46向载具外部的接收器发送应变数据。
在一些实施例中，可以将温度补偿构建到应变仪负荷传感器1中，或者可以在从应变电路46输出信号之后添加温度补偿。例如，可以向应变电路46添加温度补偿电阻器，以便补偿由在不同温度下应变仪中的金属的热膨胀和性质以及安全带锚5的热膨胀所导致的应变仪的电阻变化。在一些实施例中，可以向应变电路46添加等效应变仪电路，诸如在惠斯通(Wheatstone)电桥配置中，以校正应变数据。在一些备选实施例中，可以选择应变仪42、44的材料以便自动抵消变化的温度对应变仪42、44的影响，诸如通过使用康铜合金或卡马(Karma)合金。温度补偿在真实世界环境中可能特别有益，特别是在高性能载具中，其中的温度在操作期间能够在大范围内变化。
参考图4，示出了根据本发明的一些实施例的应变仪负荷传感器锚1的俯视图。安全带50穿过第一锚开口14环绕安全带锚5的第一端部。如上文所论述，锚5可以具有绕轴线D设置的弯曲部18，以允使锚的第二端部22与载具齐平地附接，同时使带50在第一锚开口14中自由滑动。可以使用螺栓56或其他紧固构件将锚5保持到载具上。
参考图5至图6，在一些实施例中，可以在安全带锚5的任一侧上设置一对衬套54，以使安全带锚绕螺栓54旋转。在一些实施例中，衬套54可以设置在螺栓56头部与安全带锚5之间，衬套54也可以设置在安全带锚5与载具60的附接有应变仪负荷传感器锚1的面板(例如，载具座椅的侧面)之间。在一些实施例中，各衬套54在该衬套的锚5侧上可以具有相应的支座55。支座55可以被构型成在锚5内彼此接触(例如，如图6中所示)，以使应变仪负荷传感器锚1枢转。在一些实施例中，支座可以被构型成彼此重叠，并且在一些其他实施例中，支座可以在相应的端部彼此接触。
在一些实施例中，支座55的组合长度可以大于安全带锚5的厚度，使得一个或两个衬套54的支座55部分与安全带锚5接触。在一些实施例中，衬套54的其余部分可附加地或备选地接触安全带锚5的外表面。在一些实施例中，可以在载具与下部衬套54之间使用支座。
衬套54可以在螺栓56与安全带锚5之间和/或在安全带锚与载具60之间提供缓冲，以减小安全带锚与载具之间的摩擦并且使安全带锚旋转。在一些备选实施例中，为了取代下部衬套54或者除了下部衬套54之外，可以在安全带锚5与载具60之间设置垫圈或盘。在一些备选实施例中，安全带锚5和载具60可以是齐平的。在一些实施例中，可以在螺母58与载具60之间使用垫圈59或类似设备，以便将螺母的负荷更均匀地分布在载具的表面上。
参考图6，示出了图5的应变仪负荷传感器锚1的剖视图。在图6中，示出了在安全带锚内衬套54的各支座55在相应的端部处毗连。在图6中所示的实施例中，在工程公差内，支座部分具有大约相同的长度。在一些备选实施例中，支座55中的一个可以比另一个长，或者备选地，衬套54中的一个可以具有完全延伸穿过安全带锚5的支座，而另一个衬套没有支座。衬套54的内径可以基本上与螺栓56的外径相同，同时仍然允许螺栓插入到衬套中和/或从其移除的公差(例如，按压或滑动配合)。在一些实施例中，支座55的直径的外径可以与安全带锚5的第二开口10的内径基本相同，同时仍然允许支座插入到衬套中和/或从其移除的公差(例如，按压或滑动配合)。
在本发明的一些实施例中，可以使用涂覆材料来保护应变仪负荷传感器锚1的一些或全部组件免于损坏。例如，在一些实施例中，边缘30的部分或全部可以涂覆有橡胶、塑料或类似物质，以保护导线48、应变仪42、44和/或应变电路46免于损坏和/或使组件绝缘以防短路。在一些实施例中，可以将应变仪负荷传感器锚1浸入涂覆材料中以保护负荷传感器锚的大部分面积。在一些其他实施例中，如图3至图5中所示，应变仪42、44和/或应变电路46可以涂覆有弹性材料以保护组件和/或使其绝缘。
参考图7，示出了应变仪负荷传感器1的示例实验结果。图7中的曲线图示出了在碰撞期间六点式吊带的左膝安全带的示例性力对时间曲线。在一些实施例中，来自应变仪42、44的原始数据(例如，以毫伏为单位)可以经由电缆49传送至外部处理器，外部处理器可以确定应变仪负荷传感器锚1上的力。在一些其他实施例中，应变仪负荷传感器锚1可以使用电路46来确定力或力的中间步骤。通过本发明的实施例获得的数据显示出低噪声，从而允许以比传统负荷传感器更小的形状系数来改进力数据。
图8至图14示出了移除了应变仪负荷传感器锚1的应变仪42、44的示例性安全带锚5的相应的透视图、俯视图、仰视图、左视图、右视图、主视图和后视图。另外，图8至图14以虚线示出了应变电路46和电缆49。
本文所描述的教导通常可以不限于汽车或载具。如本文所教导的应变仪负荷传感器锚可以同样地应用于其中狭窄空间制约或对恒定监测的需要要求适合特定应用的小的、可靠的、可定制的负荷传感器的情况。
对于受益于前文描述和相关联附图中所呈现的教导的本发明所属领域的技术人员将会想到本文所阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且旨在所述修改和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。虽然本文采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是为了限制的目的。

Claims (27)

1.一种用于载具安全带的应变仪负荷传感器锚，包括：
安全带锚，其包括：
第一锚开口，配置为将所述安全带锚连接至安全带；以及
第二锚开口，配置为将所述安全带锚连接至载具，使得所述安全带锚被配置为将所述安全带连接至所述载具；以及
一个或多个应变仪，其附接至所述安全带锚，其中，所述一个或多个应变仪被配置为测量由所述安全带施加到所述安全带锚上的力。
2.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述安全带锚配置为响应于施加到所述安全带锚的力至少在所述第一锚开口与所述第二锚开口之间弹性变形；
其中，所述一个或多个应变仪被配置为在所述安全带锚弹性变形时弹性变形，并且每个应变仪的电阻被配置为在弹性变形时改变阻值，使得所述一个或多个应变仪被配置为通过每个应变仪的电阻的阻值变化来测量所述安全带锚上的力。
3.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述应变仪中的至少两个定位于所述第一锚开口的与所述第二锚开口相同的一侧上。
4.如权利要求3所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述安全带锚还限定了贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线，其中所述应变仪中的至少两个相对于所述第一轴线定位于所述第一锚开口与所述第二锚开口之间。
5.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述安全带锚还限定了贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线；
其中，所述安全带锚还限定了与所述第一轴线正交的所述第二开口的轴线，使得所述安全带锚被配置为相对于所述载具绕所述第二开口的轴线枢转，以使所述力的方向维持在由所述第一轴线和所述第二开口的轴线所限定的平面内。
6.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述一个或多个应变仪中的至少一个附接至所述安全带锚的边缘。
7.如权利要求6所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述安全带锚的所述边缘限定了圆周方向和基本上垂直于所述圆周方向的横向方向；
其中，所述边缘在所述横向方向上，在所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的位置处是平坦的。
8.如权利要求7所述的应变仪负荷传感器锚，还包括所述边缘中的至少一个凹部，所述至少一个凹部在所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的位置处，使得所述边缘在所述圆周方向上，在所述一个或多个应变仪中的所述至少一个应变仪的位置处是凹形的。
9.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述一个或多个应变仪附接至所述安全带锚的边缘。
10.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，还包括限定于所述安全带锚的边缘中的至少一个通道；
其中，所述边缘限定了圆周方向和基本上垂直于所述圆周方向的横向方向；
其中，所述至少一个通道的横向宽度小于所述安全带锚的横向宽度；
其中，所述一个或多个应变仪中的至少一个设置在所述至少一个通道内。
11.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述安全带锚限定了第一面和第二面；
其中，所述第一面基本上平行于所述第二面；
其中，所述一个或多个应变仪中的至少一个附接至所述第一面或所述第二面中的一个。
12.如权利要求1所述的应变仪负荷传感器锚，还包括应变电路，所述应变电路设置在所述安全带锚上并连接至所述应变仪中的每一个，使得所述应变电路被配置为从所述应变仪中的每一个接收应变数据。
13.如权利要求12所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述应变电路设置在由所述安全带锚限定的第一面或第二面中的一个的凹处中。
14.如权利要求12所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述应变电路通过一个或多个相应的导线连接至所述应变仪中的每一个，其中，所述导线中的至少一条导线至少部分地设置于所述安全带锚的边缘中限定的导线通道中。
15.如权利要求12所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述应变电路还包括温度补偿器，所述温度补偿器被配置为将应变数据隔离于预定范围内的温度波动。
16.如权利要求12所述的应变仪负荷传感器锚，其中，所述应变电路包括应变处理电路，所述应变处理电路被配置用于确定所述安全带锚上的力或应变中的一个。
17.一种制造安全带应变仪负荷传感器的方法，所述方法包括：
提供具有第一锚开口和第二锚开口的安全带锚；其中，所述第一锚开口被配置为将所述安全带锚连接至安全带；其中，所述第二锚开口被配置为将所述安全带锚连接至载具，使得所述安全带锚被配置为将所述安全带连接至所述载具；
将一个或多个应变仪附接至所述安全带锚，使得所述一个或多个应变仪被配置为测量所述安全带锚上的力。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述安全带锚还限定了贯穿所述第一锚开口的中心与所述第二锚开口的中心之间的第一轴线；
其中，所述安全带锚还限定了与所述第一轴线正交的所述第二开口的轴线，使得所述安全带锚被配置为相对于所述载具绕所述第二开口的轴线枢转，以使所述力的方向维持在由所述第一轴线和所述第二开口的轴线所限定的平面内。
19.如权利要求17所述的方法，其中，附接所述一个或多个应变仪包括将所述一个或多个应变仪附接至所述安全带锚的边缘。
20.如权利要求19所述的方法，还包括使所述安全带锚上的所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪的附接位置处的边缘变平。
21.如权利要求19所述的方法，还包括在所述边缘中邻近所述一个或多个应变仪中的至少一个应变仪之处形成至少一个凹部；
其中，所述安全带锚的所述边缘限定了圆周方向和基本上垂直于所述横向方向的横向方向；
其中，所述边缘在所述圆周方向上，邻近所述一个或多个应变仪中的所述至少一个应变仪之处是凹形的。
22.如权利要求17所述的方法，还包括：
将应变电路附接至所述安全带锚；
将所述应变电路连接至所述应变仪中的每一个，使得所述应变电路被配置为从所述应变仪中的每一个接收应变数据。
23.一种测量安全带对负荷传感器锚的力的方法，其中，所述负荷传感器锚包括具有第一锚开口和第二锚开口的安全带锚，其中，安全带连接至所述第一锚开口，所述第二锚开口连接至载具，使得所述安全带通过所述安全带锚连接至所述载具，并且所述负荷传感器锚还包括附接至所述安全带锚的一个或多个应变仪，所述方法包括：
所述安全带向所述安全带锚施加力；
利用附接至所述安全带锚的所述一个或多个应变仪来测量施加到所述安全带锚的力。
24.如权利要求23所述的方法，其中，向所述安全带锚施加力致使所述安全带锚弹性变形，使得所述一个或多个应变仪也弹性变形；
其中，测量施加到所述安全带锚的力包括测量由所述一个或多个应变仪的弹性变形导致的所述一个或多个应变仪的电压变化。
25.如权利要求23所述的方法，其中，测量施加到所述安全带锚的力还包括从具有应变电路的所述一个或多个应变仪处接收应变数据。
26.如权利要求25所述的方法，其中，从具有应变电路的所述一个或多个应变仪处接收应变数据还包括对所述应变数据应用温度补偿。
27.如权利要求23所述的方法，其中，所述应变电路包括应变处理电路，其中，测量施加到所述安全带锚的力还包括使用所述应变处理电路确定所述安全带锚上的力或应变中的一个。
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