CN108731857A - 一种控制用力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制用力传感器，包括：弹性壳体、梁体和应变片，弹性壳体包括第一安装法兰、限位法兰、弹性体和限位板，限位板中心设有限位孔，弹性体垂直设置在第一安装法兰与限位法兰之间，第一安装法兰在限位法兰的下方设置，限位板安装在限位法兰上端的法兰孔处，梁体依次穿过第一安装法兰的法兰孔、限位法兰下端的法兰孔和限位板的限位孔，且梁体的下部与第一安装法兰的法兰孔螺纹连接；应变片粘贴在梁体上靠近第一安装法兰的位置处。本发明实现了对力的测量，且使得操作者能够感知操作装置位移的大小，可根据操作装置位移的大小及弹性体对操作者的反作用力大小的综合感知来实现对力传感器的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种控制用力传感器。
背景技术
控制用力传感器是一种将力信号转变为电信号输出的传感器。控制用力传感器主要应用在各种控制领域，例如控制手柄等。
现有技术中的控制用力传感器通常包括刚性壳体、弹性梁和粘贴在弹性梁上的应变片，弹性梁穿过刚性壳体设置，当给弹性梁施加外力时，弹性梁产生变形，从而使得粘贴在弹性梁上的应变片产生形变，使应变片的阻值发生改变，最终使得传感器输出的电压发生变化，通过输出电压变化实现对受控对象的控制。
但上述控制用力传感器的壳体为刚性壳体，由于弹性梁产生变形极其微小，操作者仅通过控制输出力不易对受控对象实现精准控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种控制用力传感器，操作者实现了对受控对象的控制，且使得操作者能够感知操作装置位移的大小，可根据操作装置位移的大小及弹性体对操作者的反作用力大小的综合感知来实现对受控对象的精准控制。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
本发明的一种控制用力传感器，包括：弹性壳体、梁体和应变片，所述弹性壳体包括第一安装法兰、限位法兰、弹性体和限位板，所述限位板中心设有限位孔，所述弹性体垂直设置在所述第一安装法兰与所述限位法兰之间，所述第一安装法兰在所述限位法兰的下方设置，所述限位板安装在所述限位法兰上端的法兰孔处，所述梁体依次穿过第一安装法兰的法兰孔、限位法兰下端的法兰孔和限位板的限位孔，且所述梁体的下部与第一安装法兰的法兰孔螺纹连接；所述应变片粘贴在所述梁体上靠近所述第一安装法兰的位置处。
进一步，还包括粘贴在所述梁体上的电路板，所述电路板包括第一电路和第二电路，所述应变片的数量为四个，分别为粘贴在所述梁体外圆的4个方向的侧壁上的应变片RT1、应变片RT2、应变片RT3和应变片RT4，每个应变片的长度方向沿梁体的轴向方向设置，所述第一电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的第一端和所述应变片RT1的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT2的第一端连接，所述应变片RT1的第二端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R2的第二端与所述应变片RT2的第二端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT1的第二端之间连接输入电源，所述电阻R2的第二端与所述电阻R1的第一端作为电压输出端；所述第二电路包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3的第一端和所述应变片RT3的第一端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT4的第一端连接，所述应变片RT3的第二端与所述电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端与所述应变片RT4的第二端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT3的第二端之间连接输入电源，所述电阻R4的第二端与所述电阻R3的第一端作为电压输出端。
进一步，还包括密封套，所述密封套穿过所述梁体，且所述密封套的下端粘结在所述限位法兰的上端面上。
进一步，所述弹性体包括橡胶体、弹簧或者波纹管，所述弹性体、第一安装法兰和限位法兰为一体化结构或分体连接。
进一步，所述梁体靠近所述限位法兰的一端还设有操作装置。
进一步，所述梁体靠近所述第一安装法兰的一端设有与所述第一安装法兰匹配的第二安装法兰。
本发明的一种控制用力传感器具有以下有益效果：
本发明提供了一种控制用力传感器，在限位法兰和第一安装法兰之间设置弹性体，并将梁体固定在第一安装法兰上，限位法兰的限位孔限制梁体横向移动的位移范围，使用时将限位法兰与安装面进行固定，当操作者给操作装置施加一个垂直于梁体轴向的外力时，梁体上端会产生与外力方向相同的位移，而由于第一安装法兰处于自由状态，则弹性体会产生与外力方向相反的位移，也就是说，弹性体产生了变形。由于弹性体刚度低于梁体刚度，相比较梁体因施加外力而产生变形所得位移量而言，弹性体能产生较大的位移量，从而使得操作者能够感知操作装置位移的大小，可通过操作装置位移的大小及弹性体对操作者的反作用力大小的综合感知来实现对力传感器的精确控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的一种控制用力传感器的结构示意图；
图2为本发明的一种第一电路的电路图；
图3为本发明的一种第二电路的电路图。
具体实施方式
本发明的一种控制用力传感器，如图1至图3所示，包括：弹性壳体、梁体1和应变片2，所述弹性壳体包括第一安装法兰3、限位法兰4、弹性体5和限位板6，所述限位板6中心设有限位孔61，所述弹性体5垂直设置在所述第一安装法兰3与所述限位法兰4之间，所述第一安装法兰3在所述限位法兰4的下方设置，所述限位板6安装在所述限位法兰4上端的法兰孔处，所述梁体1依次穿过第一安装法兰的法兰孔、限位法兰下端的法兰孔和限位板的限位孔，且所述梁体的下部与第一安装法兰的法兰孔螺纹连接；所述应变片2粘贴在所述梁体1上靠近所述第一安装法兰4的位置处。
其中，所述弹性体5包括橡胶体、弹簧或者波纹管，所述弹性体5、第一安装法兰3和限位法兰4可以为一体化结构，也可以为分体连接。
需要说明的是，第一安装法兰3上还设有台阶孔，且台阶孔的直径大于第一安装法兰3的法兰孔的直径；限位法兰5上端的法兰孔的直径大于限位法兰5下端的法兰孔的直径。
需要说明的是，具体限位板6的限位孔61直径的设计、弹性体5的弹性模量的设计可根据实际需求来设定，在此不做限定。
进一步的，所述力传感器还包括粘贴在所述梁体1上的电路板7，所述电路板7包括第一电路和第二电路，所述应变片2的数量为四个，分别为粘贴在所述梁体外圆的4个方向的侧壁上的应变片RT1、应变片RT2、应变片RT3和应变片RT4，每个应变片2的长度方向沿梁体1的轴向方向设置，所述第一电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的第一端和所述应变片RT1的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT2的第一端连接，所述应变片RT1的第二端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R2的第二端与所述应变片RT2的第二端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT1的第二端之间连接输入电源，所述电阻R2的第二端与所述电阻R1的第一端作为电压输出端。
所述第二电路包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3的第一端和所述应变片RT3的第一端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT4的第一端连接，所述应变片RT3的第二端与所述电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端与所述应变片RT4的第二端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT3的第二端之间连接输入电源，所述电阻R4的第二端与所述电阻R3的第一端作为电压输出端。
具体的，假设应变片RT1和应变片RT2沿梁体轴向对称，应变片RT3和应变片RT4沿梁体轴向对称，则在使用时，当梁体1受到与应变片RT1和应变片RT2连线相同方向的外力作用时，会迫使梁体1产生变形，梁体1的变形使得应变片RT1和应变片RT2变形，将梁体1的变形量转换为电阻变化量，而应变片RT1、应变片RT2、电阻R1和电阻R2组成电桥，当应变片RT1和应变片RT2的电阻发生变化时，则电桥的输出电压发生变化，通过输出电压变化实现对受控对象的控制。
当梁体1受到与应变片RT3和应变片RT4连线相同方向的外力作用时，梁体1的变形使得应变片RT3和应变片RT4变形，将梁体1的变形量转换为电阻变化量，而应变片RT3、应变片RT4、电阻R3和电阻R4组成电桥，当应变片RT3和应变片RT4的电阻发生变化时，则电桥的输出电压发生变化，通过输出电压变化实现对受控对象的控制。
当梁体1受到除上述方向之外的外力作用时，梁体1的变形使得应变片RT1、应变片RT2、应变片RT3和应变片RT4均变形，将梁体1的变形量转换为电阻变化量，应变片RT1、应变片RT2、电阻R1和电阻R2组成电桥，当应变片RT1和应变片RT2的电阻发生变化时，则电桥的输出电压发生变化，用户可通过万能表测出应变片RT1和应变片RT2的电阻发生变化时具体电压的值；应变片RT3、应变片RT4、电阻R3和电阻R4组成电桥，当应变片RT3和应变片RT4的电阻发生变化时，则电桥的输出电压发生变化，用户可通过万能表测出应变片RT3和应变片RT4的电阻发生变化时具体电压的值，通过输出电压变化之和实现对受控对象的控制。
作为上述技术方案的进一步改进，所述梁体1靠近所述限位法兰4的一端还设有操作装置8，其中，操作装置8可以为帽盖、手柄等，方便操作者操作。
需要说明的是，图1中F是指向操作装置8施加的垂直于梁体1的外力。
作为上述技术方案的进一步改进，所述力传感器还包括密封套9，所述密封套9穿过所述梁体1，且所述密封套9的下端粘结在所述限位法兰4的上端面上。
其中，密封套9起到防水防尘作用。
本实施例中，所述梁体1靠近所述第一安装法兰3的一端设有与所述第一安装法兰3匹配的第二安装法兰10，以实现梁体1与第一安装法兰3的固定连接。
需要说明的是，梁体1的位移量以弹性壳体和梁体1的变形来实现，梁体1位移量的调整可以通过调整弹性体5的参数及形式、和梁体1的参数及形式来实现。
本发明提供了一种控制用力传感器，在限位法兰4和第一安装法兰3之间设置弹性体5，并将梁体1固定在第一安装法兰3上，限位板6的限位孔61限制梁体1横向移动的位移范围，使用时将限位法兰4与安装面进行固定，当操作者给操作装置8施加一个垂直于梁体1轴向的外力时，梁体1上端会产生与外力方向相同的位移，而由于第一安装法兰3处于自由状态，则弹性体5会产生与外力方向相反的位移，也就是说，弹性体5产生了变形。由于弹性体5刚度低于梁体1刚度，相比较梁体1因施加外力而产生变形所得位移量而言，弹性体5能产生较大的位移量，从而使得操作者能够感知操作装置8位移的大小，可通过操作装置8位移的大小及弹性体5对操作者的反作用力大小的综合感知来实现对力传感器的精确控制；另外，当梁体1因外力产生形变时，梁体1内的应力发生变化，使得粘贴在梁体1上的应变片2产生形变，应变片2的形变使得电路板7输出的电压发生变化，操作者可通过万能表测出电路板7输出的电压值，再根据电压值与外力之间的关系确定施加的外力的大小，从而实现了力传感器对力的测量。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种控制用力传感器，其特征在于：包括：弹性壳体、梁体和应变片，所述弹性壳体包括第一安装法兰、限位法兰、弹性体和限位板，所述限位板中心设有限位孔，所述弹性体垂直设置在所述第一安装法兰与所述限位法兰之间，所述第一安装法兰在所述限位法兰的下方设置，所述限位板安装在所述限位法兰上端的法兰孔处，所述梁体依次穿过第一安装法兰的法兰孔、限位法兰下端的法兰孔和限位板的限位孔，且所述梁体的下部与第一安装法兰的法兰孔螺纹连接；
所述应变片粘贴在所述梁体上靠近所述第一安装法兰的位置处。
2.根据权利要求1所述的一种控制用力传感器，其特征在于：还包括粘贴在所述梁体上的电路板，所述电路板包括第一电路和第二电路，所述应变片的数量为四个，分别为粘贴在所述梁体外圆的4个方向的侧壁上的应变片RT1、应变片RT2、应变片RT3和应变片RT4，每个应变片的长度方向沿梁体的轴向方向设置，所述第一电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的第一端和所述应变片RT1的第一端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT2的第一端连接，所述应变片RT1的第二端与所述电阻R2的第一端连接，所述电阻R2的第二端与所述应变片RT2的第二端连接，所述电阻R1的第二端与所述应变片RT1的第二端之间连接输入电源，所述电阻R2的第二端与所述电阻R1的第一端作为电压输出端；
所述第二电路包括电阻R3和电阻R4，所述电阻R3的第一端和所述应变片RT3的第一端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT4的第一端连接，所述应变片RT3的第二端与所述电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端与所述应变片RT4的第二端连接，所述电阻R3的第二端与所述应变片RT3的第二端之间连接输入电源，所述电阻R4的第二端与所述电阻R3的第一端作为电压输出端。
3.根据权利要求1所述的一种控制用力传感器，其特征在于：还包括密封套，所述密封套穿过所述梁体，且所述密封套的下端粘结在所述限位法兰的上端面上。
4.根据权利要求1所述的一种控制用力传感器，其特征在于：所述弹性体包括橡胶体、弹簧或者波纹管，所述弹性体、第一安装法兰和限位法兰为一体化结构或分体连接。
5.根据权利要求1所述的一种控制用力传感器，其特征在于：所述梁体靠近所述限位法兰的一端还设有操作装置。
6.根据权利要求1所述的一种控制用力传感器，其特征在于：所述梁体靠近所述第一安装法兰的一端设有与所述第一安装法兰匹配的第二安装法兰。
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