CN110411546A - 一种测重用振弦式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测重用振弦式传感器，包括壳体，所述壳体的底部为敏感膜片，所述敏感膜片的顶部设有连接座，所述连接座的顶部连接有下连接杆，所述下连接杆的顶部设有钨丝下部固定夹头，所述承力梁的中心贯穿设有上连接杆，所述上连接杆的顶部设有微调螺母，所述上连接杆的底部设有钨丝上部固定夹头，所述钨丝上部固定夹头与钨丝下部固定夹头之间连接有钨丝，所述钨丝的侧方设有铷铁硼磁体，所述钨丝的顶端连接有导线，所述导线的另一端与前置放大器和信息处理器相连，所述钨丝的底端通过敏感膜片接地，所述壳体的顶部设有盖体，本发明以钨丝作为感力变频元件，具有抗拉强度高，常温下无蠕变徐滑，从而得到分辨率较高零点不漂移的优异特性。

Description

一种测重用振弦式传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种测重用振弦式传感器。

背景技术

现有的测定整车重量的测重传感器多用阻抗电桥式测力技术或其他阻抗类传感器，阻抗电桥式测力技术，该技术以应变电阻片构成惠斯登电桥，电桥的不平衡桥压随所测重量而改变，桥压经放大遥传后显示信号即为测得的重量，缺点为：阻抗元件值会因外界温湿度而变化，另外桥压的幅值会随沿程线路阻值及噪音干扰而失真。

有的企业采用钢弦式传感器测力，该技术用钢弦测定整车重量，用激振线圈来激发钢弦起振，其振动频率则反映钢弦所受力的大小，缺点为：因钢弦为磁性金属，会被电磁感应吸附，以致钢弦只能间歇性震荡，所产生的信号为间歇衰减性电波，测定时有误差，而且钢弦固定端点易腐蚀，信号会发生零点漂移。

发明内容

本发明的目的是提供一种测重用振弦式传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：包括顶部设有开口的壳体，所述壳体的底部为敏感膜片，所述敏感膜片的顶部中心设有连接座，所述连接座的顶部连接有下连接杆，所述下连接杆的顶部贯穿设置在连接座上方的永磁固定环并设有钨丝下部固定夹头，所述开口的顶部设有承力梁，所述承力梁的中心贯穿设有上连接杆，所述上连接杆的上部外侧设有外螺纹且位于承力梁的上方，底部位于承力梁的下方，所述上连接杆的顶部设有微调螺母，所述上连接杆的底部设有钨丝上部固定夹头，所述钨丝上部固定夹头与钨丝下部固定夹头之间连接有钨丝，所述钨丝的相对两侧设有纯铁磁极，所述钨丝的侧方设有U型的铷铁硼磁体，所述铷铁硼磁体的N极和S极分别吸附在两个纯铁磁极的外侧，所述铷铁硼磁体底部与永磁固定环接触，所述壳体的侧面设有出线管，所述钨丝的顶端连接有导线，所述导线的另一端通过出线管与设置在壳体外部的前置放大器和信息处理器相连，所述钨丝的底端通过敏感膜片接地，所述壳体的顶部设有盖体。

在优选的实施方案中，两个所述纯铁磁极通过设置在铷铁硼磁体对面的支撑板与永磁固定环连接，所述支撑板的底端与永磁固定环固定连接，所述支撑板的顶端通过螺栓与纯铁磁极的侧面螺栓连接。

在优选的实施方案中，两个所述纯铁磁极靠近钨丝的两端为顶角为60°的多面体。

在优选的实施方案中，所述钨丝上部固定夹头包括第一固定夹片和第一活动夹片，所述第一固定夹片与上连接杆的底部固定连接，所述第一活动夹片通过两端设置的第一螺杆与第一固定夹片螺栓连接；所述钨丝下部固定夹头包括第二固定夹片和第二活动夹片，所述第二固定夹片与下连接杆的顶部固定连接，所述第二活动夹片通过两端设置的第二螺杆与第二固定夹片螺栓连接。

在优选的实施方案中，所述第一固定夹片与第一活动夹片之间设有第一铍青铜片，所述第一铍青铜片的一面与第一固定夹片熔接，另一面与钨丝的顶端熔接；所述第二固定夹片与第二活动夹片之间设有第二铍青铜片，所述第二铍青铜片的一面与第二固定夹片熔接，另一面与钨丝的底端熔接。

在优选的实施方案中，两个所述纯铁磁极的顶部和底部均设有非磁性垫片。

在优选的实施方案中，所述承力梁与微调螺母之间设有承力梁固定环，所述承力梁固定环的中心设有供上连接杆通过的圆孔。

在优选的实施方案中，所述永磁固定环上固定设有用于支撑铷铁硼磁体的凸台。

本发明的有益效果为：

1、以钨丝作为感力变频元件，具有抗拉强度高，常温下无蠕变徐滑，从而得到分辨率较高零点不漂移的优异特性；

2、以永磁及纯铁构建电磁间隙，使微小的非电变量弦应力变幅转化为可计量的电动势，经放大反馈形成持续电脉冲波，抗噪音干扰，可遥传；

3、对高温熔点的细弦丝采用电脉冲熔接焊连接受力元件，而不采用传统的胶水粘结、锡焊或螺钉紧固连接，保证了力学上稳定连接，电学上读数稳定不漂移。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的测重用振弦式传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的钨丝上部固定夹头与钨丝下部固定夹头的结构示意图；

图3是本发明实施例所述的纯铁磁极与铷铁硼磁体的连接图；

图4是本发明实施例所述的纯铁磁极相对的两端的结构图；

图5是本发明实施例所述的测重用振弦式传感器的原理图。

图中：

1、壳体；2、敏感膜片；3、钨丝；4、连接座；5、下连接杆；6、钨丝下部固定夹头；7、永磁固定环；8、凸台；9、铷铁硼磁体；10、纯铁磁极；11、支撑板；12、钨丝上部固定夹头；13、承力梁；14、承力梁固定环；15、微调螺母；16、上连接杆；17、盖体；18、出线管；19、导线；20、前置放大器；21、第一固定夹片；22、第一活动夹片；23、第一铍青铜片；24、第一螺杆；25、第二固定夹片；26、第二活动夹片；27、第二铍青铜片；28、第二螺杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，本发明实施例的一种测重用振弦式传感器，包括顶部设有开口的壳体1，壳体1为圆柱形，内部中空，壳体1的材料为高质量的合金钢，壳体1的底部为敏感膜片2，敏感膜片2与壳体1一体式连接或焊接，材料与壳体相同，敏感膜片2的厚度较薄，可以随着底部受力而产生轻微的形变，所述敏感膜片2的顶部中心设有连接座4，连接座4为圆柱形，内部设有内螺纹，连接座4的顶部连接有下连接杆5，下连接杆5与连接座4螺纹连接，下连接杆5的顶部贯穿设置在连接座4上方的永磁固定环7并设有钨丝下部固定夹头6，永磁固定环7为中心设有开口的圆盘，永磁固定环7的外侧边缘搭接在壳体1内壁上设置的凸起上，所述开口的顶部设有承力梁13，承力梁13搭接在开口的顶部，承力梁13为中心设有开口的圆盘，承力梁13的材料为陶瓷，承力梁13的中心贯穿设有上连接杆16，上连接杆16的上部外侧设有外螺纹且位于承力梁13的上方，底部位于承力梁13的下方，上连接杆16的顶部设有微调螺母15，微调螺母15用于调节上连接杆16的位置，来调节钨丝3的初应力，调节时可以先用手或工具固定上连接杆16的顶部然后转动微调螺15母，防止上连接杆16跟转，上连接杆16与微调螺母15的材料为青铜，上连接杆16的底部设有钨丝上部固定夹头12，钨丝上部固定夹头12与钨丝下部固定夹头6的材料均为青铜，钨丝上部固定夹头12与钨丝下部固定夹头6之间连接有钨丝3，钨丝3的相对两侧设有纯铁磁极10，两个纯铁磁极10之间设有微小的气隙，钨丝3的侧方设有U型的铷铁硼磁体9，铷铁硼磁体9的N极和S极分别吸附在两个纯铁磁极10的外侧，纯铁磁极10和铷铁硼磁体9的接触面经过抛光处理，减少磁阻使磁力线分布均匀，以永磁及纯铁构建电磁间隙，使微小的非电变量弦应力变幅转化为可计量的电动势，经放大反馈形成持续电脉冲波，抗噪音干扰，可遥传。铷铁硼磁体9底部与永磁固定环7接触，永磁固定环7用于支撑铷铁硼磁体9，壳体1的侧面设有出线管18，出线管18为合金钢，与壳体1焊接，钨丝3的顶端连接有导线19，导线19的另一端通过出线管18与设置在壳体1外部的前置放大器20和信息处理器相连，导线19为预埋在出线管18内的铜线，导线19与出线管18的管壁之间填充有熔融玻璃，导线19作为电信号的输出端同时也作为反馈信号的输入端，电信号输出后经过前置放大器20放大后再经导线反馈，同时前置放大器20还与信号处理器相连用于信号采集并显示数据，信号处理器为单片机，采用87C51芯片，信号处理器与前置放大器20之间的连接采用现有的连接技术，在此不做赘述。钨丝3的底端通过敏感膜片2接地，壳体1的顶部设有盖体17。盖体17与壳体1之间设有环氧树脂密封圈。

两个纯铁磁极10通过设置在铷铁硼磁体9对面的支撑板11与永磁固定环7连接，支撑板11的底端与永磁固定环7固定连接，支撑板11的顶端通过螺栓与纯铁磁极10的侧面螺栓连接。支撑板11用于支撑和固定纯铁磁极10，支撑板11的材料为青铜。

如图4所示，两个纯铁磁极10靠近钨丝3的两端为顶角为60°的多面体。两个顶角之间留有微小的气隙，为了提高气隙中心磁通密度，将纯铁磁极10靠近钨丝3的两端设置为图4所示形状。其中a＝60°，d＝0.5mm，r＝0.5mm，气隙中磁感应强度为≥7000高斯，磁力线为循环线，通过铷铁硼磁体9与纯铁磁极10汇集在气隙，使气隙中的磁力线更为密集，便于切割产生电动势。

钨丝上部固定夹头12包括第一固定夹片21和第一活动夹片22，第一固定夹片21与上连接杆16的底部固定连接，第一活动夹片22通过两端设置的第一螺杆24与第一固定夹片21螺栓连接；钨丝下部固定夹头6包括第二固定夹片25和第二活动夹片26，第二固定夹片25与下连接杆5的顶部固定连接，第二活动夹片26通过两端设置的第二螺杆28与第二固定夹片25螺栓连接。

第一固定夹片21与第一活动夹片22之间设有第一铍青铜片23，第一铍青铜片23的一面与第一固定夹片21熔接，另一面与钨丝3的顶端熔接；第二固定夹片25与第二活动夹片26之间设有第二铍青铜片27，第二铍青铜片27的一面与第二固定夹片25熔接，另一面与钨丝3的底端熔接。熔接方式为电脉冲熔接焊，而不采用传统的胶水粘结、锡焊或螺钉紧固连接，保证了力学上稳定连接，电学上读数稳定不漂移，铍青铜是沉淀硬化型合金，固溶时效处理后具有很高强度、硬度、弹性极限和疲劳极限，弹性滞后小，并具有耐蚀性，熔接时可以镍片作为助焊剂。

两个纯铁磁极10的顶部和底部均设有非磁性垫片(图中未示出)。非磁性垫片材料为青铜，避免漏磁。

承力梁13与微调螺母15之间设有承力梁固定环14，承力梁固定环14的中心设有供上连接杆16通过的圆孔。承力梁固定环14的材料为青铜，因为承力梁13的材料为陶瓷，不好加工钻孔，所以通过承力梁固定环14将承力梁13固定，承力梁固定环14的顶部通过盖体17固定，盖体17的顶部中心内侧设有凹陷，方便凹陷周围固定承力梁固定环14，凹陷处为上连接杆16的顶部及微调螺母15留出容纳空间。

永磁固定环7上固定设有用于支撑铷铁硼磁体9的凸台8。铷铁硼磁体9底部与凸台8接触。

该传感器上的材料多为青铜，是为了避免部件受到铷铁硼磁体9的影响，也避免铷铁硼磁体9漏磁。

工作原理为，根据高等数学中波动方程的解得出：有界柔韧弦的自振频率

式中：f为振弦频率，L为钨丝的长度，σ为钨丝的拉应力，ρ为钨丝密度。

如图5所示，图5中N，S为永磁的磁极，B点为振弦钨丝的接地端。

A点为振弦AB切割磁力线产生的电动势的输出端和反馈信号的输入端。L为弦的长度。与弦耦合的前置放大器(preamplifier)的输出(output)即为频率为f的电波信号。使用时开机的激发脉冲将使弦AB流过电流I,绷紧在磁间隙N,S间的钨丝AB则按照安培定律受到侧向力BLI,并在正交于纸面的平面内振动，AB弦振动时会以速度v切割磁力线并按楞次定律产生电动势BLv.由此循环相激，乃构成持续的输出信号。测量时，在车辆的重量作用下，底部的敏感膜片2发生形变，此形变通过钨丝下部固定夹头6传给钨丝3使其所受拉应力σ发生变化，从而钨丝3的振弦频率f发生变化。测定出该信号的f值后，即可由公式(1)算得钨丝的拉应力σ，从而得知传感器受到的力。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种测重用振弦式传感器，其特征在于：包括顶部设有开口的壳体，所述壳体的底部为敏感膜片，所述敏感膜片的顶部中心设有连接座，所述连接座的顶部连接有下连接杆，所述下连接杆的顶部贯穿设置在连接座上方的永磁固定环并设有钨丝下部固定夹头，所述开口的顶部设有承力梁，所述承力梁的中心贯穿设有上连接杆，所述上连接杆的上部外侧设有外螺纹且位于承力梁的上方，底部位于承力梁的下方，所述上连接杆的顶部设有微调螺母，所述上连接杆的底部设有钨丝上部固定夹头，所述钨丝上部固定夹头与钨丝下部固定夹头之间连接有钨丝，所述钨丝的相对两侧设有纯铁磁极，所述钨丝的侧方设有U型的铷铁硼磁体，所述铷铁硼磁体的N极和S极分别吸附在两个纯铁磁极的外侧，所述铷铁硼磁体底部与永磁固定环接触，所述壳体的侧面设有出线管，所述钨丝的顶端连接有导线，所述导线的另一端通过出线管与设置在壳体外部的前置放大器和信息处理器相连，所述钨丝的底端通过敏感膜片接地，所述壳体的顶部设有盖体。

2.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：两个所述纯铁磁极通过设置在铷铁硼磁体对面的支撑板与永磁固定环连接，所述支撑板的底端与永磁固定环固定连接，所述支撑板的顶端通过螺栓与纯铁磁极的侧面螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：两个所述纯铁磁极靠近钨丝的两端为顶角为60°的多面体。

4.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：所述钨丝上部固定夹头包括第一固定夹片和第一活动夹片，所述第一固定夹片与上连接杆的底部固定连接，所述第一活动夹片通过两端设置的第一螺杆与第一固定夹片螺栓连接；所述钨丝下部固定夹头包括第二固定夹片和第二活动夹片，所述第二固定夹片与下连接杆的顶部固定连接，所述第二活动夹片通过两端设置的第二螺杆与第二固定夹片螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：所述第一固定夹片与第一活动夹片之间设有第一铍青铜片，所述第一铍青铜片的一面与第一固定夹片熔接，另一面与钨丝的顶端熔接；所述第二固定夹片与第二活动夹片之间设有第二铍青铜片，所述第二铍青铜片的一面与第二固定夹片熔接，另一面与钨丝的底端熔接。

6.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：两个所述纯铁磁极的顶部和底部均设有非磁性垫片。

7.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：所述承力梁与微调螺母之间设有承力梁固定环，所述承力梁固定环的中心设有供上连接杆通过的圆孔。

8.根据权利要求1所述的测重用振弦式传感器，其特征在于：所述永磁固定环上固定设有用于支撑铷铁硼磁体的凸台。