CN111122038B - 传感器组件、作用力检测设备和方法以及工程机械 - Google Patents

传感器组件、作用力检测设备和方法以及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程设备的检测领域，公开了一种传感器组件、作用力检测设备和方法以及工程机械，所述传感器组件包括用于连接待测基体的连接部(100)和用于承载的承载部(200)，所述承载部(200)连接于所述连接部(100)，所述承载部(200)包括量程不同的至少两个传感单元，至少两个所述传感单元设置为与所述连接部(100)之间具有不同的初始间隙，以在所述承载部(200)因施加的载荷至不同程度时消除对应的初始间隙。通过施加载荷至不同程度，使得不同的初始间隙消除，不同量程的传感单元能够在各自测量精度较高的工况下提供检测反馈，确保检测结果的准确性。

Description

传感器组件、作用力检测设备和方法以及工程机械
技术领域
本发明涉及工程设备的检测，具体地涉及传感器组件、作用力检测设备和方法以及工程机械。
背景技术
工程设备，例如起重机，在起重作业时为提高抗倾覆能力，一般会在四周伸出支腿提供支撑，而支撑力大小直接反映了起重机当前的支撑安全状况，例如当相邻两支腿的支撑力接近零时(“虚腿”状态)，即表明起重机存在失稳风险。因此较精确的监测支腿的支反力是十分必要的。目前，通过传感器检测支反力的技术方案中，由于支反力较大，通常采用大量程传感器，无法满足低载荷下测量精度的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器组件，以便实现精确的检测。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种传感器组件，其中，所述传感器组件包括用于连接待测基体的连接部和用于承载的承载部，所述承载部连接于所述连接部，所述承载部包括量程不同的至少两个传感单元，至少两个所述传感单元设置为与所述连接部之间具有不同的初始间隙，以在所述承载部因施加的载荷至不同程度时消除对应的初始间隙。
优选地，至少两个所述传感单元包括第一传感单元和第二传感单元，所述第一传感单元的量程大于所述第二传感单元的量程，所述第一传感单元与所述连接部之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元与所述连接部之间具有第二初始间隙b2。
优选地，所述传感器组件包括用于输出测量信号的输出单元，所述输出单元设置为：
在施加于所述承载部的载荷在第一预定值以下时，输出所述第二传感单元的测量结果；在施加于承载部的载荷大于所述第一预定值时，输出所述第一传感单元的测量结果或者输出所述第一传感单元与所述第二传感单元的测量结果之和，优选地，
所述第一预定值为所述传感器组件的总量程的5-10％或，在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，输出所述第二传感单元的测量结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，输出所述第一传感单元的测量结果或者输出所述第一传感单元与所述第二传感单元的测量结果之和。
优选地，所述第一传感单元为柱式传感结构并包括柱状主体和多个第一应变片，多个所述第一应变片围绕所述柱状主体的周向设置；所述第二传感单元为轮辐式传感结构并包括外轮箍、轮毂和位于所述外轮箍和轮毂之间的轮辐，所述轮毂具有突出于所述轮辐的顶面和轴向设置并朝向所述连接部开放的盲孔，所述轮辐的侧面设置有第二应变片，所述柱状主体装配在所述盲孔中，所述连接部设置有用于插入所述柱状主体的第一定位孔。
优选地，所述连接部具有与所述柱状主体的底面相对的第一表面、与所述外轮箍的底面相对的第二表面以及与所述轮毂的底面相对的第三表面，所述柱状主体的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3，所述外轮箍和所述连接部之间设置有第一弹性垫片。
优选地，所述承载部包括对应于所述连接部的中心部分的筒状主体和对应于所述连接部的外周部分的外围部分，所述筒状主体和外围部分一体形成，所述筒状主体的内壁设置有第一应变片以形成所述第一传感单元，所述外围部分设置有第二应变片以形成所述第二传感单元。
优选地，所述筒状主体的两端突出于所述外围部分的端面，所述连接部包括与所述筒状主体的端面相对的第四表面和与所述外围部分的端面相对的第五表面，所述筒状主体的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2。
优选地，所述外周部分和所述连接部之间设置有第二弹性垫片，和/或，所述连接部具有用于插入所述筒状主体的第二定位孔。
优选地，所述传感器组件包括轴线并设置为关于所述轴线对称的结构，所述承载部具有用于受力的表面，所述表面为球面，所述轴线穿过所述球面的球心。
本发明还提供一种作用力检测设备，其中，所述作用力检测设备包括承力装置和本发明的传感器组件，所述连接部安装于所述承力装置的承力端。
本发明还提供一种工程机械，其中，所述工程机械包括本发明的作用力检测设备。
优选地，所述工程机械包括支腿，所述承力装置为所述支腿的支腿油缸，优选地，所述连接部安装于所述支腿油缸的活塞杆的伸出端。
本发明还提供一种检测作用力的方法，其中，所述方法使用包括至少两个传感单元的承载部检测承力装置的作用力，所述方法包括：
使至少两个所述传感单元设置为与连接至所述承力装置的连接部之间具有不同的初始间隙，以在所述作用力达到不同程度时消除对应的初始间隙，从而通过不同的所述传感单元检测所述作用力。
优选地，至少两个所述传感单元包括第一传感单元和第二传感单元，所述第一传感单元与所述连接部之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元与所述连接部之间具有第二初始间隙b2，所述第一传感单元的量程大于所述第二传感单元的量程，所述方法包括：
在施加于所述承载部的载荷在第一预定值以下时，以所述第二传感单元的测量结果作为检测结果；在施加于所述承载部的载荷大于所述第一预定值时，以所述第一传感单元的测量结果或者所述第一传感单元与所述第二传感单元的测量结果之和作为检测结果，优选地，所述第一预定值为所述传感器组件的总量程的5-10％或，在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，以所述第二传感单元的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，以所述第一传感单元的测量结果或者以所述第一传感单元与所述第二传感单元的测量结果之和作为检测结果。
优选地，所述第一传感单元为柱式传感结构并包括柱状主体和多个第一应变片，多个所述第一应变片围绕所述柱状主体的周向设置；所述第二传感单元为轮辐式传感结构并包括外轮箍、轮毂和位于所述外轮箍和轮毂之间的轮辐，所述轮毂具有突出于所述轮辐的顶面和轴向设置并朝向所述连接部开放的盲孔，所述轮辐的侧面设置有第二应变片，所述柱状主体装配在所述盲孔中，所述连接部设置有用于插入所述柱状主体的第一定位孔，所述连接部具有与所述柱状主体的底面相对的第一表面、与所述外轮箍的底面相对的第二表面以及与所述轮毂的底面相对的第三表面，所述柱状主体的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始b2间隙，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3，所述外轮箍和所述连接部之间设置有第一弹性垫片，所述方法包括：
在所述第一初始间隙b1消除之前，以所述第二传感单元的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，以所述第一传感单元和所述第二传感单元的测量结果之和作为检测结果。
优选地，所述承载部包括对应于所述连接部的中心部分的筒状主体和对应于所述连接部的外周部分的外围部分，所述筒状主体和外围部分一体形成，所述筒状主体的内壁设置有第一应变片以形成所述第一传感单元，所述外围部分设置有第二应变片以形成所述第二传感单元，所述筒状主体的两端突出于所述外周部分的端面，所述连接部包括与所述筒状主体的端面相对的第四表面和与所述外围部分的端面相对的第五表面，所述筒状主体的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述方法包括：
在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，以所述第二传感单元的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，以所述第一传感单元的测量结果作为检测结果。
通过上述技术方案，通过施加载荷至不同程度，使得不同的初始间隙消除，不同量程的传感单元能够在各自测量精度较高的工况下提供检测反馈，确保检测结果的准确性。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式的支腿的支反力检测设备的结构示意图；
图2是沿图1中A-A线截取的剖视图；
图3是图2中B处的放大图；
图4a至图4c分别是图2中连接部的主视图、沿C-C线截取的剖视图和立体图；
图5是图2中第一传感单元的示意图；
图6a至图6c是图2中第二传感单元的主视图、沿D-D线截取的剖视图和立体图；
图7是根据本发明的另一种实施方式的传感器组件的结构示意图；
图8a至图8d分别是图7中承载部的主视图、沿E-E线截取的剖视图、沿F-F线截取的剖视图和立体图；
图9是图7中连接部的立体图；
图10是根据本发明的另一种实施方式的传感器组件的结构示意图；
图11是图10中连接部的立体图；
图12a至图12d分别是图10中承载部的主视图、沿G-G线截取的剖视图、从H方向观察的视图和立体图。
附图标记说明
100-连接部，110-第一定位孔，120-第二定位孔，130-定位凸台，140-第二安装孔，150-第一弹性垫片槽，160-防过载凸台，200-承载部，210-第一传感单元，211-柱状主体，212-第一应变片，2121-纵向应变片，2122-横向应变片，220-第二传感单元，221-外轮箍，2221-盲孔，222-轮毂，223-轮辐，224-第二应变片，225-第一弹性垫片，230-筒状主体，240-外围部分，241-第二弹性垫片，250-球面，260-筒状结构，261-承载球头，270-环状部，271-第一安装孔，280-板状部，300-支腿油缸，310-活塞杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。“环绕”、“环状”等用语表明形成为方形、圆形等各种形状的封闭环。
根据本发明的一个方面，提供一种传感器组件，其中，所述传感器组件包括用于连接待测基体的连接部100和用于承载的承载部200，所述承载部200连接于所述连接部100，所述承载部200包括量程不同的至少两个传感单元，至少两个所述传感单元设置为与所述连接部100之间具有不同的初始间隙，以在所述承载部200因施加的载荷至不同程度时消除对应的初始间隙。
不同量程的传感单元，在不同载荷下所能提供的测量精度是不同的。具体的，量程小的传感单元在检测较小的载荷的工况下能够提供较高的测量精度，量程大的传感单元在检测较大的载荷的工况下能够提供较高的测量精度。
本发明中，通过施加载荷至不同程度，使得不同的初始间隙消除，不同量程的传感单元能够在各自测量精度较高的工况下提供检测反馈，确保检测结果的准确性。
其中，根据需要，可以设置不同数量和量程的传感单元。在下面的实施方式中，本发明以两个传感单元为例进行说明，但本发明不限于只包括两个传感单元的情况。具体的，至少两个所述传感单元包括第一传感单元210和第二传感单元220，所述第一传感单元210的量程大于所述第二传感单元220的量程，所述第一传感单元210与所述连接部100之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元220与所述连接部100之间具有第二初始间隙b2。
另外，根据需要可以设置相应的检测方式，以在不同情况下通过不同的传感单元或者其组合输出检测结果。本发明优选的实施方式中，在较低载荷的工况下通过量程较小的传感单元检测，在较高载荷的工况下量程较大的传感单元加入检测。为此，优选地，所述传感器组件包括用于输出测量信号的输出单元，所述输出单元设置为：
在施加于所述承载部200的载荷在第一预定值以下时，输出所述第二传感单元220的测量结果；在施加于承载部200的载荷大于所述第一预定值时，输出所述第一传感单元210的测量结果或者输出所述第一传感单元210与所述第二传感单元220的测量结果之和，所述第一预定值为所述传感器组件的总量程的5-10％。
优选地，在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，输出所述第二传感单元220的测量结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，输出所述第一传感单元210的测量结果或者输出所述第一传感单元210与所述第二传感单元220的测量结果之和。
具体的，在设定第一预定值的情况下，以第一预定值为界，在低于第一预定值的工况下，所受载荷较小，输出第二传感单元220的测量结果精度更大；在高于第一预定值的工况下，所述载荷较大，量程较大的第一传感单元210的测量精度此时更大，输出的测量结果应纳入第一传感单元210的检测结果。其中，载荷达到第一预定值，可以对应第二传感单元220的量程达到最大值。
优选地，可以通过第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除来作为是否引入第一传感单元210的测量结果的界限。其中，第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除，可以对应第二传感单元220的量程达到最大值。
其中，可以结合第一预定值以及第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除作为是否引入第一传感单元210的测量结果的界限。即，当第一初始间隙b1消除时，施加于承载部200的载荷刚好达到第一预定值。
其中，输出单元可以通过适当的电路控制来实现上述不同情况下测量结果的输出，电路的具体结构是本领域的常规设置，在此不作详细说明。
根据本发明的一种实施方式，如图3至图6c所示，所述第一传感单元210可以为柱式传感结构并包括柱状主体211和多个第一应变片212，多个所述第一应变片212围绕所述柱状主体211的周向设置；所述第二传感单元220为轮辐式传感结构并包括外轮箍221、轮毂222和位于所述外轮箍221和轮毂222之间的轮辐223，所述轮毂222具有突出于所述轮辐223的顶面和轴向设置并朝向所述连接部100开放的盲孔2221，所述轮辐223的侧面设置有第二应变片224，所述柱状主体211装配在所述盲孔2221中，所述连接部100设置有用于插入所述柱状主体211的第一定位孔110。
其中，可以在轮辐223两侧面的中心区域设置第二应变片224。并且，每个侧面可以设置多个第二应变片224，相邻第二应变片224的贴片方向相互垂直，例如可以分别与水平方向(轮毂222的横截面方向)呈±45°。轮辐223之间可以覆盖有保护膜片，以使安装第二应变片224的区域密封。
通过将柱状主体211与第一定位孔110配合，可以防止承载部200因承受较大侧偏载荷(偏离柱状主体211的中心线的方向的载荷)而偏移变形，继而导致较小量程的第二传感单元220被破坏。
另外，可以设置适当的结构，来形成第一初始间隙b1、第二初始间隙b2。例如，在图3所示的实施方式中，所述连接部100具有与所述柱状主体211的底面相对的第一表面、与所述外轮箍221的底面相对的第二表面以及与所述轮毂222的底面相对的第三表面，所述柱状主体211的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍221的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂223的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2(即，第一初始间隙b1较小)，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3。所述外轮箍221和所述连接部100之间设置有第一弹性垫片225。
其中，连接部100可以设置有用于放置第一弹性垫片225的第一弹性垫片槽150，当第一弹性垫片225露出第一弹性垫片槽150时，能够提供弹力，以降低第二传感单元220和第一弹性垫片225作为一个整体的刚度(即，该整体的刚度小于第一弹性垫片225的最大刚度和第二传感器单元220和刚度之和且能够调节)；当第一弹性垫片225被压缩至完全容纳至第一弹性垫片槽150内时，第二传感单元220与连接部100直接接触，刚度不再变化。
由此，量程较小的第二传感单元220通过第一弹性垫片225始终与连接部100具有力传递的关系(但在载荷较小时第二传感单元220仍与连接部100保持第二初始间隙，即不直接接触)，能够从一开始施加载荷就通过第二传感单元220进行感应，以满足在低载荷下具有较高的测量精度。
下面说明图3至图6c所示实施方式的传感器组件的不同量程阶段的操作。
当承载部200承受较小的作用力(例如低于第一预设值)时，第一初始间隙b1未消除，第一传感单元210与连接部100不接触，第二传感单元220通过第一弹性垫片225与连接部100接触，因此载荷全部由连接部100通过第一弹性垫片225传递给外轮箍221，支反力F与外轮箍221承受的载荷F3基本相同，因而可以通过第二应变片224检测。此时载荷较小，也适于通过量程较小的第二传感单元220提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第一量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到预定值(例如超过第一预设值)的情况且使得第一初始间隙b1消除而第二初始间隙b2未消除时，第二传感单元220通过第一弹性垫片225与连接部100接触，第一传感单元210通过柱状主体211与连接部100接触，此时第一传感单元210和第二传感单元220共同承受载荷，支反力F与外轮箍221承受的载荷F3和柱状主体211承受的载荷F2之和基本相同。此时载荷处于能够通过第一传感单元210和第二传感单元220分别提供较高精度的检测结果的情况，测量值由第一传感单元210和第二传感单元220共同提供，为二者测量值的和。此时对应传感器组件的第二量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到使得第二初始间隙b2消除，而防过载间隙b3未消除时，第一弹性垫片225不再提供降低刚度的作用，第二传感单元220通过外轮箍221与连接部100直接接触，第一传感单元210通过柱状主体211与连接部100接触，此时第一传感单元210和第二传感单元220共同承受载荷，支反力F与外轮箍221承受的载荷F3和柱状主体211承受的载荷F2之和基本相同。此时载荷处于能够通过第一传感单元210和第二传感单元220分别提供较高精度的检测结果的情况，测量值由第一传感单元210和第二传感单元220共同提供，为二者测量值的和。此时对应传感器组件的第三量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到使得防过载间隙b3消除时，连接部100(例如设置在中部的防过载凸台160)通过轮毂222止挡，避免设置有第二应变片224的轮辐222被过大的载荷破坏。此时对应传感器组件的过载保护阶段。
根据本发明的另一种实施方式，如图7至图12d所示，所述承载部200包括对应于所述连接部100的中心部分的筒状主体230和对应于所述连接部100的外周部分的外围部分240，所述筒状主体230和外围部分240一体形成，所述筒状主体230的内壁设置有第一应变片212以形成所述第一传感单元210，所述外围部分240设置有第二应变片224以形成所述第二传感单元220。
其中，可以根据具体结构设计来形成初始间隙。具体的，所述筒状主体230的两端突出于所述外围部分240的端面，所述连接部100包括与所述筒状主体230的端面相对的第四表面和与所述外围部分240的端面相对的第五表面，所述筒状主体230的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分240的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2。
另外，所述第一应变片212包括沿所述筒状主体230的延伸方向设置的纵向应变片2121，优选地，所述第一应变片212还包括沿垂直于所述筒状主体230的延伸方向设置的横向应变片2122，以提高检测的灵敏度。
在这种实施方式中，可以分为两种类型。
第一种类型
如图7至图9所示，筒状主体230包括筒状结构260，外围部分240包括环绕所述筒状结构260的环状部270以及位于所述环状部270和所述筒状结构260之间的板状部280，所述第一应变片212设置在所述筒状结构260的内壁上，所述第二应变片224设置在所述板状部280的板面上，其中，筒状结构260与连接部100之间形成的第一初始间隙b1，板状部280与连接部100之间形成第二初始间隙b2为0，即第二初始间隙b2较小。
其中，连接部100具有用于插入所述筒状结构260的中空部分的定位凸台130，以防止承载部200因承受较大侧偏载荷(偏离筒状结构260的中心线的方向的载荷)而偏移变形，继而导致较小量程的第二传感单元220被破坏。
此外，所述筒状结构260和所述环状部270可以均具有圆环形横截面，所述环状部270与所述筒状结构260同轴设置，所述第二应变片224可以成对设置，一对所述第二应变片224分别靠近环形的板状部280的径向的两侧设置(即，一对第二应变片224沿板状部280的径向排布，其中一个第二应变片224靠近所述板状部280的径向内侧设置，另一个第二应变片224靠近所述板状部280的径向外侧设置)，以便测量筒状主体230的横向应变。同属一对的第二应变片224可以设置为在检测时检测到大小相近、方向相反的载荷。
下面参考图7至图9说明这种类型的传感器组件的不同量程阶段的操作。
当承载部200承受较小的作用力(例如低于第一预设值)时，第一初始间隙b1未消除，第一传感单元210与连接部100接触，第二传感单元220与连接部100不直接接触，因此载荷全部由连接部100传递给筒状结构260，并由一体的筒状结构260、环状部270和板状部280共同承担，由于此时载荷较小，量程较小的第二传感单元220的检测精度更高，因此可以通过第二应变片224检测，以提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第一量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到预定值(例如超过第一预设值)的情况且使得第一初始间隙b1消除，载荷全部由连接部100传递给筒状结构260和环状部270，并由一体的筒状结构260、环状部270和板状部280共同承担，由于此时载荷较大，量程较大的第一传感单元210的检测精度更高，量程较小的第二传感单元220仅与第一传感单元210一起承担载荷，但测量值不再精确而不适于提供测量值，因此可以通过第一应变片212检测，以提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第二量程阶段。
第二种类型
如图10至图12d所示，外周部分240为法兰形式并通过环状板与筒状主体230连接，第二应变片224设置在环状板上。并且，所述外周部分240和所述连接部100之间设置有第二弹性垫片241，以降低所述第二传感单元220与第二弹性垫片241作为一个整体的刚度。为便于设置第二弹性垫片241，可以在连接部100和/或外周部分240设置容纳槽。其中，第一初始间隙b1小于第二初始间隙b2。
另外，所述连接部100具有用于插入所述筒状主体230的第二定位孔120以防止承载部200因承受较大侧偏载荷(偏离筒状主体230的中心线的方向的载荷)而偏移变形，继而导致较小量程的第二传感单元220被破坏。
下面参考图10至图12d说明这种类型的传感器组件的不同量程阶段的操作。
当承载部200承受较小的作用力(例如低于第一预设值)时，第一初始间隙b1未消除，第一传感单元210与连接部100不接触，第二传感单元220通过第二弹性垫片241与连接部100接触，因此载荷全部由连接部100传递给外周部分240，并由一体的筒状主体230和外周部分240共同承担。支反力F与外周部分240承受的载荷F1基本相同，因而可以通过第二应变片224检测。此时载荷较小，也适于通过量程较小的第二传感单元220提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第一量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到预定值(例如超过第一预设值)的情况且使得第一初始间隙b1消除，第二传感单元220通过第二弹性垫片241与连接部100接触，第一传感单元210通过筒状主体230与连接部100接触，载荷由一体的筒状主体230和外周部分240共同承担，由于此时载荷较大，量程较大的第一传感单元210的检测精度更高，量程较小的第二传感单元220仅与第一传感单元210一起承担载荷，但测量值不再精确而不适于提供测量值，因此可以通过第一应变片212检测，以提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第二量程阶段。
当承载部200承受的作用力达到使得第二初始间隙b2消除，第二弹性垫片241不再提供降低刚度的作用。载荷全部由连接部100直接传递给筒状主体230和外周部分240，并由一体的筒状主体230和外周部分240共同承担，由于此时载荷较大，量程较大的第一传感单元210的检测精度更高，量程较小的第二传感单元220仅与第一传感单元210一起承担载荷，但测量值不再精确而不适于提供测量值，因此可以通过第一应变片212检测，以提供精度较高的检测结果。此时对应传感器组件的第二量程阶段。
本发明中，承载部200和连接部100可以通过各种适当方式连接，例如分别在连接部100和承载部200上设置第一安装孔140和第二安装孔271，并通过穿过第一安装孔140和第二安装孔271的紧固件连接连接部100和承载部200。
另外，优选地，所述传感器组件包括轴线并设置为关于所述轴向对称的结构，所述承载部200具有用于受力的表面，所述表面为球面250，所述轴线穿过所述球面的球心。由此，可以尽可能使承载部100承受沿轴线方向的载荷。其中，为获得球面250，可以如图1至图6c以及图10至图12d所示的实施方式那样在柱状主体211和筒状主体230的背离连接部100的端设置球面250，也可以如图7至图9所示的实施方式那样在筒状结构260的末端设置承载球头261以形成球面250。
根据本发明的另一方面，提供一种作用力检测设备，其中，所述作用力检测设备包括承力装置300和本发明的传感器组件，如图1和图2所示，所述连接部100安装于所述承力装置300的承力端。通过本发明的传感器组件，可以更精确地检测承力装置300承受的作用力。
本发明还提供一种工程机械，其中，所述工程机械包括本发明的作用力检测设备。本发明的作用力检测设备可以用于各种工程机械中需要检测承载力的情况。
例如，所述工程机械可以包括支腿，所述承力装置300可以为所述支腿的支腿油缸。其中，连接部100可以安装于支腿油缸的活塞杆310的伸出端。由此，可以通过本发明的检测设备精确检测支腿的支反力。
根据本发明的还一方面，提供一种检测作用力的方法，其中，所述方法使用包括至少两个传感单元的承载部200检测所述承力装置300的承受的作用力，所述方法包括：
使至少两个所述传感单元设置为与连接至所述承力装置300的连接部100之间具有不同的初始间隙，以在所述作用力达到不同程度时消除对应的初始间隙，从而通过不同的所述传感单元检测所述作用力。
作为一种具体实施方式，承力装置可以为球头式油缸300，例如可以为工程机械的支腿油缸，所测作用力即为支腿的支反力。当活塞杆310伸出与支脚板接触时，承载部200的受力面受到支反力。
本发明的方法中，通过施加载荷至不同程度，使得不同的初始间隙消除，不同量程的传感单元能够在各自测量精度较高的工况下提供检测反馈，确保检测结果的准确性。
其中，根据需要，可以设置不同数量和量程的传感单元。在下面的实施方式中，本发明以两个传感单元为例进行说明，但本发明不限于只包括两个传感单元的情况。具体的，至少两个所述传感单元包括第一传感单元210和第二传感单元220，所述第一传感单元210与所述连接部100之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元220与所述连接部100之间具有第二初始间隙b2，所述第一传感单元210的量程大于所述第二传感单元220的量程，所述方法包括：
在施加于所述承载部200的载荷在第一预定值以下时，以所述第二传感单元220的测量结果作为检测结果；在施加于所述承载部200的载荷大于所述第一预定值时，以所述第一传感单元210的测量结果或者所述第一传感单元210与所述第二传感单元220的测量结果之和作为检测结果，优选地，所述第一预定值为所述传感器组件的总量程的5-10％。
或者，在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，以所述第二传感单元220的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，以所述第一传感单元210的测量结果或者以所述第一传感单元210与所述第二传感单元220的测量结果之和作为检测结果。
具体的，在设定第一预定值的情况下，以第一预定值为界，在低于第一预定值的工况下，所受载荷较小，输出第二传感单元220的测量结果精度更大；在高于第一预定值的工况下，所述载荷较大，量程较大的第一传感单元210的测量精度此时更大，输出的测量结果应纳入第一传感单元210的检测结果。其中，载荷达到第一预定值，可以对应第二传感单元220的量程达到最大值。
或者，可以通过第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除来作为是否引入第一传感单元210的测量结果的界限。其中，第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除，可以对应第二传感单元220的量程达到最大值。
其中，可以结合第一预定值以及第一初始间隙b1和第二初始间隙b2中的较小者的消除作为是否引入第一传感单元210的测量结果的界限。即，当第一初始间隙b1消除时，施加于承载部200的载荷刚好达到第一预定值。
其中，选择哪种方式可以根据各传感单元的具体结构来决定。优选地，本发明的方法使用本发明的传感器组件进行检测。
根据本发明的一种实施方式，如图1至图6c所示，所述第一传感单元210为柱式传感结构并包括柱状主体211和多个第一应变片212，多个所述第一应变片212围绕所述柱状主体211的周向设置；所述第二传感单元220为轮辐式传感结构并包括外轮箍221、轮毂222和位于所述外轮箍221和轮毂222之间的轮辐223，所述轮毂222具有突出于所述轮辐223的顶面和轴向设置并朝向所述连接部100开放的盲孔2221，所述轮辐223的侧面设置有第二应变片224，所述柱状主体211装配在所述盲孔2221中，所述连接部100设置有用于插入所述柱状主体211的第一定位孔110，所述连接部100具有与所述柱状主体211的底面相对的第一表面、与所述外轮箍221的底面相对的第二表面以及与所述轮毂222的底面相对的第三表面，所述柱状主体211的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍221的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂223的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2(即，第一初始间隙b1较小)，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3，所述方法包括：在所述第一初始间隙b1消除之前，以所述第二传感单元220的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，以所述第一传感单元210与所述第二传感单元220的测量结果之和作为检测结果。
根据本发明的另一种实施方式，如图7至图12d所示，所述承载部200包括对应于所述连接部100的中心部分的筒状主体230和对应于所述连接部100的外周部分的外围部分240，所述筒状主体230和外围部分240一体形成，所述筒状主体230的内壁设置有第一应变片212以形成所述第一传感单元210，所述外围部分240设置有第二应变片224以形成所述第二传感单元220，所述筒状主体230的两端突出于所述外周部分240的端面，所述连接部100包括与所述筒状主体230的端面相对的第四表面和与所述外围部分240的端面相对的第五表面，所述筒状主体230的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分240的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述方法包括：在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之前，以所述第二传感单元220的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1和所述第二初始间隙b2中的较小者消除之后，以所述第一传感单元210的测量结果作为检测结果。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。本发明包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种传感器组件，其特征在于，所述传感器组件包括用于连接待测基体的连接部(100)和用于承载的承载部(200)，所述承载部(200)连接于所述连接部(100)，所述承载部(200)包括第一传感单元(210)和第二传感单元(220)，所述第一传感单元(210)的量程大于所述第二传感单元(220)的量程，所述第一传感单元(210)与所述连接部(100)之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元(220)与所述连接部(100)之间具有第二初始间隙b2，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2，所述第二传感单元(220)与所述连接部(100)之间设置有弹性垫片，以在所述承载部(200)因施加的载荷至不同程度时消除对应的初始间隙。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件包括用于输出测量信号的输出单元，所述输出单元设置为：
在施加于所述承载部(200)的载荷在第一预定值以下时，输出所述第二传感单元(220)的测量结果；在施加于承载部(200)的载荷大于所述第一预定值时，输出所述第一传感单元(210)的测量结果或者输出所述第一传感单元(210)与所述第二传感单元(220)的测量结果之和；或，
在所述第一初始间隙b1消除之前，输出所述第二传感单元(220)的测量结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，输出所述第一传感单元(210)的测量结果或者所述第一传感单元(210)与所述第二传感单元(220)的测量结果之和。
3.根据权利要求2所述的传感器组件，其特征在于，所述第一预定值为所述传感器组件的总量程的5-10％。
4.根据权利要求1或2所述的传感器组件，其特征在于，所述第一传感单元(210)为柱式传感结构并包括柱状主体(211)和多个第一应变片(212)，多个所述第一应变片(212)围绕所述柱状主体(211)的周向设置；所述第二传感单元(220)为轮辐式传感结构并包括外轮箍(221)、轮毂(222)和位于所述外轮箍(221)和轮毂(222)之间的轮辐(223)，所述轮毂(222)具有突出于所述轮辐(223)的顶面和轴向设置并朝向所述连接部(100)开放的盲孔(2221)，所述轮辐(223)的侧面设置有第二应变片(224)，所述柱状主体(211)装配在所述盲孔(2221)中，所述连接部(100)设置有用于插入所述柱状主体(211)的第一定位孔(110)。
5.根据权利要求4所述的传感器组件，其特征在于，所述连接部(100)具有与所述柱状主体(211)的底面相对的第一表面、与所述外轮箍(221)的底面相对的第二表面以及与所述轮毂(222)的底面相对的第三表面，所述柱状主体(211)的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍(221)的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂(223)的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3，所述弹性垫片为设置在所述外轮箍(221)和所述连接部(100)之间的第一弹性垫片(225)。
6.根据权利要求1或2所述的传感器组件，其特征在于，所述承载部(200)包括对应于所述连接部(100)的中心部分的筒状主体(230)和对应于所述连接部(100)的外周部分的外围部分(240)，所述筒状主体(230)和外围部分(240)一体形成，所述筒状主体(230)的内壁设置有第一应变片(212)以形成所述第一传感单元(210)，所述外围部分(240)设置有第二应变片(224)以形成所述第二传感单元(220)。
7.根据权利要求6所述的传感器组件，其特征在于，所述筒状主体(230)的两端突出于所述外围部分(240)的端面，所述连接部(100)包括与所述筒状主体(230)的端面相对的第四表面和与所述外围部分(240)的端面相对的第五表面，所述筒状主体(230)的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分(240)的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述弹性垫片为设置在所述外周部分(240)和所述连接部(100)之间的第二弹性垫片(241)。
8.根据权利要求7所述的传感器组件，其特征在于，所述连接部(100)具有用于插入所述筒状主体(230)的第二定位孔(120)。
9.根据权利要求1所述的传感器组件，其特征在于，所述传感器组件包括轴线并设置为关于所述轴线对称的结构，所述承载部(200)具有用于受力的表面，所述表面为球面(250)，所述轴线穿过所述球面的球心。
10.一种作用力检测设备，其特征在于，所述作用力检测设备包括承力装置(300)和权利要求1-9中任意一项所述的传感器组件，所述连接部(100)安装于所述承力装置(300)的承力端。
11.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括权利要求10所述的作用力检测设备。
12.根据权利要求11所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括支腿，所述承力装置(300)为所述支腿的支腿油缸。
13.根据权利要求12所述的工程机械，其特征在于，所述连接部(100)安装于所述支腿油缸的活塞杆的伸出端。
14.一种检测作用力的方法，其特征在于，所述方法使用包括两个传感单元的承载部(200)检测承力装置(300)承受的作用力，两个所述传感单元包括第一传感单元(210)和第二传感单元(220)，所述第一传感单元(210)的量程大于所述第二传感单元(220)的量程，所述第二传感单元(220)与用于连接待测基体的连接部(100)之间设置有弹性垫片，所述方法包括：
使所述第一传感单元(210)与连接至所述承力装置(300)的连接部(100)之间具有第一初始间隙b1，所述第二传感单元(220)与所述连接部(100)之间具有第二初始间隙b2，所述第一初始间隙b1小于所述第二初始间隙b2，以在所述作用力达到不同程度时消除对应的初始间隙，从而通过不同的所述传感单元检测所述作用力。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在施加于所述承载部(200)的载荷在第一预定值以下时，以所述第二传感单元(220)的测量结果作为检测结果；在施加于所述承载部(200)的载荷大于所述第一预定值时，以所述第一传感单元(210)的测量结果或者所述第一传感单元(210)与所述第二传感单元(220)的测量结果之和作为检测结果；或，
其中：在所述第一初始间隙b1消除之前，输出所述第二传感单元(220)的测量结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，输出所述第一传感单元(210)的测量结果或者所述第一传感单元(210)与所述第二传感单元(220)的测量结果之和。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一预定值为所述承载部(200)和连接部(100)形成的传感器组件的总量程的5-10％。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述第一传感单元(210)为柱式传感结构并包括柱状主体(211)和多个第一应变片(212)，多个所述第一应变片(212)围绕所述柱状主体(211)的周向设置；所述第二传感单元(220)为轮辐式传感结构并包括外轮箍(221)、轮毂(222)和位于所述外轮箍(221)和轮毂(222)之间的轮辐(223)，所述轮毂(222)具有突出于所述轮辐(223)的顶面和轴向设置并朝向所述连接部(100)开放的盲孔(2221)，所述轮辐(223)的侧面设置有第二应变片(224)，所述柱状主体(211)装配在所述盲孔(2221)中，所述连接部(100)设置有用于插入所述柱状主体(211)的第一定位孔(110)，所述连接部(100)具有与所述柱状主体(211)的底面相对的第一表面、与所述外轮箍(221)的底面相对的第二表面以及与所述轮毂(222)的底面相对的第三表面，所述柱状主体(211)的底面和所述第一表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外轮箍(221)的底面和所述第二表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述轮毂(223)的底面和所述第三表面之间形成防过载间隙b3，所述第二初始间隙b2小于所述防过载间隙b3，所述弹性垫片为设置在所述外轮箍(221)和所述连接部(100)之间的第一弹性垫片(225)，所述方法包括：
在所述第一初始间隙b1消除之前，以所述第二传感单元(220)的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，以所述第一传感单元(210)和所述第二传感单元(220)的测量结果之和作为检测结果。
18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述承载部(200)包括对应于所述连接部(100)的中心部分的筒状主体(230)和对应于所述连接部(100)的外周部分的外围部分(240)，所述筒状主体(230)和外围部分(240)一体形成，所述筒状主体(230)的内壁设置有第一应变片(212)以形成所述第一传感单元(210)，所述外围部分(240)设置有第二应变片(224)以形成所述第二传感单元(220)，所述筒状主体(230)的两端突出于所述外周部分(240)的端面，所述连接部(100)包括与所述筒状主体(230)的端面相对的第四表面和与所述外围部分(240)的端面相对的第五表面，所述筒状主体(230)的端面与所述第四表面之间形成所述第一初始间隙b1，所述外围部分(240)的端面与所述第五表面之间形成所述第二初始间隙b2，所述弹性垫片为设置在所述外周部分(240)和所述连接部(100)之间的第二弹性垫片(241)，所述方法包括：
在所述第一初始间隙b1消除之前，以所述第二传感单元(220)的测量结果作为检测结果；在所述第一初始间隙b1消除之后，以所述第一传感单元(210)的测量结果作为检测结果。
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