CN110095214B - 一种轴力测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴力测量传感器，可用于测量复杂工况下，安装轴所受的瞬时冲击力。本发明包括一组径向对称布置的应变片和传感器基体。载荷作用在轴力传感器径向方向，由应变片组成的惠斯通半桥电路测量传感器基体的弯曲应变。本发明配合尺寸与设备自身安装轴相同，在使用过程中可进行无损替换。本发明解决了传统轴力传感器体积大、附加质量大、原有安装状态改变等带来测量误差大的问题。

Description

一种轴力测量传感器

技术领域

本发明属于电子测试领域，具体涉及一种轴力测量用传感器，用于火炮射击试验中，测试高平机所受的瞬时冲击力。

背景技术

高平机作为火炮重要组成部分，起着高低机和平衡机的作用。大口径火炮发射时，会对高平机产生几吨甚至十几吨的瞬时冲击力，并且在极限射角工况下，高平机极易遭到破坏。高平机轴力测量传感器可以用来测量火炮射击时高平机所受的瞬时冲击力，验证高平机系统在受到冲击力时结构设计是否合理，对火炮设计意义重大。

目前，轴力测量中，多采用力传感器与被测部件轴向连接的方式，例如中国专利201710423728.9公开了一种钢支撑轴力测试装置及其测试方法，测试装置由钢支撑连接板、轴力计、箱体及墙体加强板沿轴向紧固连接构成，通过该发明装置可以得到钢支撑的轴力、弯矩和偏心距，但是该发明属于地下工程支撑轴力测试技术领域，不适合火炮射击试验中高平机轴力的测量。中国专利201710479962.3公开了一种网架杆件及整体装配式网架杆件轴力测试方法，网架杆件由第一杆件圆钢管、轴力传感器和第二网架圆钢管三个结构单元依次轴向连接，进行整体装配，采用整体装配的网架杆件进行施工，可以完成网架杆件的受力分析，极大地简化了测量流程，减小了施工现场的工作量，但是该发明需要极大的安装空间，不适用于火炮高平机这种紧凑结构部件的轴力测量。

受火炮结构限制，体积较大的传感器难以安装测试，同时在火炮射击时，高平机所受的瞬时冲击力极大，频带宽，一般传感器难以满足测量要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种轴力测量用传感器，以解决现有轴力传感器的量程与安装尺寸不能同时兼顾的难题。

本发明解决所述技术问题采用以下技术方案：一种轴力测量传感器，包括敏感元件和传感器基体，传感器基体包括第一圆柱、第二圆柱和分度盘，第一圆柱直径大于第二圆柱的直径，第一圆柱和第二圆柱同轴连接，第二圆柱固定在第一圆柱尾端；分度盘套在第一圆柱上，绕第一圆柱旋转，敏感元件固定在第二圆柱上；传感器基体的配合尺寸与高平机上耳轴完全相同，使用时能够与高平机上耳轴完全互换，实现无损测量。

进一步地，在传感器基体的第二圆柱尾端的外圆周面上开有外螺纹，第二圆柱的外圆周面上间隔设有两个第一环形凹槽，两个第一环形凹槽之间的外圆周面上对称开有两个第一平面，用于固连敏感元件，自平面开始向第一圆柱方向开有走线槽。

进一步地，第一圆柱外圆周上开有一个第二环形凹槽，使得第一圆柱的顶端和尾端分别形成两个凸台，分度盘套在第一圆柱尾端凸台外圆上，绕第一圆柱尾端凸台旋转，第一圆柱顶端的端面上开有两个走线孔，每个走线孔与一个走线槽相通，敏感元件沿走线孔和走线槽走线。

进一步地，敏感元件包括两个应变片，两个应变片分别固定在两个第一平面上，连接成惠斯通半桥，并沿走线孔和走线槽走线，两个输出端口自走线孔伸出传感器基体，共同作为轴力传感器的输出接口。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明在高平机上耳轴的基础上改进而来，其配合尺寸与高平机上耳轴完全相同，可实现与高平机上耳轴的完全互换，成本低、使用方便、维护简单。

（2）本发明未对火炮结构进行任何更改，实现了无损测量。

（3）本发明采用分度盘定位不同射角下传感器敏感面的法方向，保证所测瞬时冲击力方向为高平机轴线方向。

（4）本发明所用应变片连接成惠斯通半桥，其可靠性高、抗干扰能力强、灵敏度高、频带宽，能够测量静态力和动态力。

附图说明

图1为本发明轴力测量传感器三维示意图。

图2为本发明传感器基体剖视图。

图3为本发明传感器基体俯视图。

图4为本发明用惠斯通半桥原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

结合图1、图2和图3，一种轴力测量传感器，包括敏感元件1和传感器基体2，传感器基体2包括第一圆柱、第二圆柱和分度盘2-7。第一圆柱直径大于第二圆柱的直径，第一圆柱和第二圆柱同轴连接，第二圆柱固定在第一圆柱尾端，分度盘2-7套在第一圆柱上，绕第一圆柱旋转，敏感元件1固定在第二圆柱上。

如图4所示，所述敏感元件1，应用一组两个电阻应变片1-1，并将它们连接成惠斯通半桥，其引出线1-2构成传感器的输出接口。载荷作用在轴力传感器径向方向，由惠斯通半桥电路测量传感器基体2的弯曲应变。

如图2所示，所述传感器基体2，其装配部分为第二圆柱，与高平机上耳轴尺寸完全相同，保证轴力传感器在装配时可与高平机上耳轴完全互换，实现无损测量。

所述传感器基体2，在其上第二圆柱尾端圆周面上设有外螺纹，装配时用于固定传感器。在第二圆柱的外圆周面上间隔设有两个第一环形凹槽2-2，两个第一环形凹槽2-2之间的外圆周面上开有两个关于传感器基体2轴线径向对称布置的第一平面2-1。第一平面2-1用于固连敏感元件1，第一环形凹槽2-2用于放大第一平面2-1所在部分受载时所产生的应变，提高传感器灵敏度。第一平面2-1的中心到第一圆柱尾端面的距离等于高平机轴线到摇架外侧传感器定位端面的距离，保证轴力传感器安装完成后，高平机轴线垂直穿过第一平面2-1中心。

所述在传感器基体2第二圆柱上，自第一平面2-1开始向第一圆柱方向设置两个走线槽2-3；在第一圆柱上顶端端面上开两个走线孔2-5，每个走线孔2-5与一个走线槽2-3相通。敏感元件1沿走线槽2-3和走线孔2-5走线，其引出线1-2构成轴力传感器的输出接口。

所述传感器基体2，其第一圆柱外圆周上开有一个第二环形凹槽2-4，使得第一圆柱顶端和尾端分别形成两个凸台。在顶端凸台上铣出两个关于其轴线径向对称的第二平面2-6，分别与第一平面2-1垂直。

所述传感器基体2，在第一圆柱的尾端凸台上套有一绕第一圆柱旋转的分度盘2-7，分度盘上刻有分度为0.5°的分度线。第二平面2-6与分度盘2-7配合使用，保证火炮不同射角下载荷始终垂直作用在轴力传感器敏感面上。

实施例

所述敏感元件1，电阻应变片1-1阻值为120Ω。

所述传感器基体2，其装配部分为第二圆柱，配合尺寸φ40mm。

所述传感器基体2，其上第二圆柱尾端圆周面上外螺纹为M36。

所述传感器基体2，第二圆柱上的第一环形凹槽2-2宽34mm、深0.5mm，两个第一环形凹槽2-2之间的第一平面2-1长14mm、深2mm。

所述传感器基体2，第二圆柱上的两个走线槽2-3宽2mm、深2mm。第一圆柱顶端端面上的两个走线孔2-5直径为φ2mm。

所述传感器基体2，第一圆柱外圆周上的第二环形凹槽2-4宽52mm、直径为φ50mm。顶端凸台和底端凸台宽度均为8mm，直径均为φ65mm，顶端凸台上两个对称第二平面2-6的距离为50mm。

所述传感器基体2，分度盘2-7内径为φ65mm，外径为φ100mm，其上刻有分度为0.5°的分度线。

Claims (3)

1.一种轴力测量传感器，其特征在于：包括敏感元件（1）和传感器基体（2），传感器基体（2）包括第一圆柱、第二圆柱和分度盘（2-7），第一圆柱直径大于第二圆柱的直径，第一圆柱和第二圆柱同轴连接，第二圆柱固定在第一圆柱尾端；分度盘（2-7）套在第一圆柱上，绕第一圆柱旋转，敏感元件（1）固定在第二圆柱上；传感器基体（2）的配合尺寸与高平机上耳轴完全相同，使用时能够与高平机上耳轴完全互换，实现无损测量；

在传感器基体（2）的第二圆柱尾端的外圆周面上开有外螺纹，第二圆柱的外圆周面上间隔设有两个第一环形凹槽（2-2），两个第一环形凹槽（2-2）之间的外圆周面上对称开有两个第一平面（2-1），用于固连敏感元件（1），每个第一平面（2-1）均向第一圆柱方向开有一个走线槽（2-3）；第一平面（2-1）的中心到第一圆柱尾端面的距离等于高平机轴线到摇架外侧轴力测量传感器定位端面的距离，保证轴力测量传感器安装完成后，高平机轴线垂直穿过第一平面（2-1）中心；

第一圆柱外圆周上开有一个第二环形凹槽（2-4），使得第一圆柱的顶端和尾端分别形成两个凸台，分度盘（2-7）套在第一圆柱尾端凸台外圆上，绕第一圆柱尾端凸台旋转，第一圆柱顶端的端面上开有两个走线孔（2-5），每个走线孔（2-5）与一个走线槽（2-3）相通，敏感元件（1）沿走线孔（2-5）和走线槽（2-3）走线；

敏感元件（1）包括两个应变片（1-1），两个应变片（1-1）分别固定在两个第一平面（2-1）上，连接成惠斯通半桥，并沿走线孔（2-5）和走线槽（2-3）走线，两个输出端口（1-2）自走线孔（2-5）伸出传感器基体（2），共同作为轴力测量传感器的输出接口。

2.根据权利要求1所述的轴力测量传感器，其特征在于：第一圆柱顶端凸台上铣出两个关于其轴线对称的第二平面（2-6），分别与第一平面（2-1）垂直。

3.根据权利要求1所述的轴力测量传感器，其特征在于：分度盘（2-7）上刻有分度为0.5°的分度线。

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