CN110207886A - 一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器，刚性杆为不易变形的细长杆，一端连接截面积大于刚性杆截面积的受力端，另一端连接动端，中间有孔与顶针支点连接，使得动端能够自由的在XOY面内移动；顶针支点固定在外壳上；X向正向标志固定在外壳上，用于标识传感器内的X轴正方向；定极板固定在外壳内侧，分为X向定极板和Y向定极板，X向和Y向的定极板互相垂直；复位弹簧由不导电材料制成，安装在定极板与动端之间；动端和定极板上都有引出线，通过外壳底部的引出线孔引出，形成引出线束。本发明的有益效果是装置结构简单，体积小，测量精度高，可以同时测量两个方向上所受外力的大小。
Description
技术领域
本发明属于传感与检测技术领域，涉及一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器。
背景技术
在航空和气象领域，需要使用力学传感器测量被测物某点处受力的大小和方向；如在扑翼机的机翼上安装上力学传感器后，机载控制芯片可以根据机翼受到风力的大小和方向调整机翼的翼型，从而得到不同的飞行姿态和飞行轨迹，达到不同的控制目的。
但是普通的力学传感器安装到飞行器等被测物上时会受到重量和体积的限制；且力的大小和方向是两个不同的物理量，需要分别测量，这进一步增加了传感器的体积，不利于飞行器等被测物上传感器的安装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器，本发明的有益效果是装置结构简单，体积小，测量精度高，可以同时测量两个方向上所受外力的大小。
本发明所采用的技术方案是包括受力端，刚性杆，顶针支点，X向正向标志，动端，定极板，外壳，引出线，引出线孔，引出线束，复位弹簧；刚性杆为不易变形的细长杆，一端连接截面积大于刚性杆截面积的受力端，另一端连接动端，中间有孔与顶针支点连接，使得动端能够自由的在XOY面内移动；顶针支点固定在外壳上；X向正向标志固定在外壳上，用于标识传感器内的X轴正方向；定极板固定在外壳内侧，分为X向定极板和Y向定极板，X向和Y向的定极板互相垂直；复位弹簧由不导电材料制成，安装在定极板与动端之间；动端和定极板上都有引出线，通过外壳底部的引出线孔引出，形成引出线束。
进一步，动端为空心的正方体，包括X向动极板，Y向动极板，复位弹簧；X向动极板与Y向动极板安装在动端的X向和Y向表面，分别正对X向定极板和Y向定极板；复位弹簧在受力端不受力时使得动端中心正好位于XOY平面的中心。
进一步，当传感器不是竖直安装时，需要在受力端加装配重，以平衡动端重力给受力端带来的影响。
附图说明
图1为传感器的外形示意图；
图2为传感器的内部结构示意图；
图3为传感器内部结构俯视示意图；
图4为水平安装时传感器受力端增加配重示意图；
图5为动端移动时电容变化示意图。
图中，1. 受力端，2. 刚性杆，3. 顶针支点，4. X向正向标志，5. 动端，6. 定极板，7. 外壳，8. 引出线，9. 引出线孔，10. 引出线束，11. 引出线引出点，12. 复位弹簧，13. Y向定极板，14. Y向动极板，15. X向动极板，16. X向定极板，17.配重。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器如图1-3所示，包括受力端1，刚性杆2，顶针支点3，X向正向标志4，动端5，定极板6，外壳7，引出线8，引出线孔9，引出线束10，复位弹簧12，Y向定极板13，Y向动极板14，X向动极板15，X向定极板16，配重17。刚性杆为2不易变形的细长杆，一端连接截面积大于刚性杆截面积的受力端1，另一端连接动端5，中间有孔与顶针支点3连接，使得动端5能够自由的在XOY面内移动；顶针支点3固定在外壳7上；X向正向标志4固定在外壳7上，用于标识传感器内的X轴正方向；定极板6固定在外壳7内侧，分为X向定极板16和Y向定极板13，X向和Y向的定极板互相垂直；复位弹簧12由不导电材料制成，安装在定极板6与动端5之间；动端5和定极板6上都有引出线8，通过外壳底部的引出线孔9引出，形成引出线束10；动端5为空心的正方体，包括X向动极板15，Y向动极板14，复位弹簧12；X向动极板15与Y向动极板14安装在动端5的X向和Y向表面，分别正对X向定极板16和Y向定极板13；复位弹簧12在受力端1不受力时使得动端5中心正好位于XOY平面的中心。
如图4所示，当传感器不是竖直安装，如水平安装时，需要在受力端1上加装配重17，以平衡动端5的重量带来的误差。假设动端5的质量为，所受重力，式中为重力加速度，顶针支点3两侧的刚性杆2长度分别为和；则根据杠杆平衡原理，配重17的重量，质量，式中为重力加速度。
如图5所示，当受力端1不受力时，动端5中心应位于XOY面的O点处，X向和Y向电容
式中，为X向正向电容，为X向负向电容，为Y向正向电容，为Y向负向电容，为介电常数，为动端5正方体端面面积，为动端5表面与定极板6间距。
当受力端1受到外力作用时，动端5中心偏离XOY面O点，假设X向动极板15与X向定极板16间距分别为和，Y向动极板14与Y向定极板13间距分别为和，则X向和Y向电容
，，，
特别是当时，，即电容的变化量与间距的变化量成正比。
工作过程包括如下步骤：
步骤1：估算被测点处的受力大小，选择顶针支点3两侧的刚性杆2长度比；根据被测点表面法线与竖直方向的夹角，计算配重17的质量，并将配重17安装在受力端1上。
步骤2：调整传感器，使得传感器外壳7上的X向正向标志4与一确定方向，如北方，重合；打磨被测点，将传感器外壳7的底部粘贴在被测点上；将引出线束10固定，并联接在电容测量电路装置上。
步骤3：通电调试，若X向电容和Y向电容、、、不相等，则重复步骤1，直至四个电容相等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器，其特征在于：包括受力端，刚性杆，顶针支点，X向正向标志，动端，定极板，外壳，引出线，引出线孔，引出线束，复位弹簧；刚性杆为不易变形的细长杆，一端连接截面积大于刚性杆截面积的受力端，另一端连接动端，中间有孔与顶针支点连接，使得动端能够自由的在XOY面内移动；顶针支点固定在外壳上；X向正向标志固定在外壳上，用于标识传感器内的X轴正方向；定极板固定在外壳内侧，分为X向定极板和Y向定极板，X向和Y向的定极板互相垂直；复位弹簧由不导电材料制成，安装在定极板与动端之间；动端和定极板上都有引出线，通过外壳底部的引出线孔引出，形成引出线束。
2.按照权利要求1所述一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器，其特征在于：所述动端为空心的正方体，包括X向动极板，Y向动极板，复位弹簧；X向动极板与Y向动极板安装在动端的X向和Y向表面，分别正对X向定极板和Y向定极板；复位弹簧在受力端不受力时使得动端中心正好位于XOY平面的中心。
3.按照权利要求1所述一种可以同时测力和方向的二向式电容传感器，其特征在于：所述传感器不是竖直安装时，需要在受力端加装配重，以平衡动端重力给受力端带来的影响。
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