CN112945445A - 一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置，包括基座、第一至第四悬臂、第一至第二活动力柱、第一至第四固定螺柱、以及第一至第四应变片；基座呈工字形，包含固定力柱、第一悬臂梁和第二悬臂梁。本发明采用分体式结构便于传感器在翼伞组提带上的安装及拆卸，非侵入式的设计不会破坏组提带结构。传感器受力平均，能够提高测量准确度，在满足组提带大量程张力测量要求的同时，能够做到尺寸更小，重量更轻，更加适合翼伞的特殊工作需求，解决了翼伞组提带张力难以实时测量的问题。

Description

一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器测量技术领域，尤其涉及一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置。

背景技术

组提带是翼伞系统中用来连接背带与伞衣的承力伞带，在翼伞的飞行过程中，组提带承受着较大的张力，此外，翼伞飞行姿态的变化也会实时影响组提带所受张力的大小。因此，实时掌握翼伞飞行过程中的组提带张力，对翼伞飞行的安全性及稳定性意义重大，同时也可为新型翼伞的研究设计提供重要指导。

当前对此类扁平绳带的张力测量，包括直接测量及间接测量两种方式，直接测量法是将伞带截断，串接入传感器直接测量拉力；间接测量法通过将张力转化为其他物理量来进行测量。而这两种方式，前者会破坏组提带，无法应用于翼伞飞行测试。后者存在着传感器系统过大过重的问题，空投测试安全性差，故而多局限于地面静态测量方式。

在翼伞的飞行过程中，翼伞的姿态、组件间相互位置、所处环境的温度、气压、风向、加速度等参数的变化都会导致组提带张力出现大范围的实时变化。在面对翼伞的特殊工作要求时，现有的扁平绳带张力测量方案就不再适用了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置，包括基座、第一至第四悬臂、第一至第二活动力柱、第一至第四固定螺柱、以及第一至第四应变片；

所述基座呈工字形，包含固定力柱、第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁平行设置；所述固定力柱设置在第一悬臂梁、第二悬臂梁之间，固定力柱的一端和第一悬臂梁的中点垂直固连、另一端和第二悬臂梁的中点垂直固连；

所述第一悬臂梁的两端分别和第一悬臂、第二悬臂垂直固连，第二悬臂梁的两端分别和第三悬臂、第四悬臂垂直固连，使得第一至第四悬臂均位于基座的同一侧且均和基座所在平面垂直；

所述第一至第四悬臂上均设有平行于所述固定力柱的插孔；

所述第一活动力柱一端插入第一悬臂的插孔内、另一端插入第三悬臂的插孔内；第二活动力柱一端插入第二悬臂的插孔内、另一端插入第四悬臂的插孔内；

所述第一悬臂梁一端设有供所述第一固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第一通孔，另一端设有供所述第二固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第二通孔；所述第二悬臂梁一端设有供所述第三固定螺柱穿至第三悬臂插孔内的第三通孔，另一端设有供所述第四固定螺柱穿至第四悬臂插孔内的第四通孔；

所述第一活动力柱一端设有和所述第一通孔相配合的第一螺纹孔，另一端设有和所述第三通孔相配合的第三螺纹孔；所述第二活动力柱一端设有和所述第二通孔相配合的第二螺纹孔，另一端设有和所述第四通孔相配合的第四螺纹孔；

所述第一固定螺柱穿过第一通孔和第一螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的一端固定在第一悬臂的插孔内；所述第三固定螺柱穿过第三通孔和第三螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的另一端固定在第三悬臂的插孔内；所述第二固定螺柱穿过第二通孔和第二螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的一端固定在第二悬臂的插孔内；所述第四固定螺柱穿过第四通孔和第四螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的另一端固定在第四悬臂的插孔内；

所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱相互平行，用于使得从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出的组提带呈波浪状，将组提带的张力传导至第一悬臂梁、第二悬臂梁上；

所述第一至第四应变片结构相同，均设置在所述第一悬臂梁上，其中，第一应变片、第三应变片关于所述固定力柱对称设置且均垂直于所述固定力柱，第二应变片、第四应变片关于所述固定力柱对称设置且均平行于所述固定力柱；第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片依次首尾相连形成四臂应变全桥，用于将第一悬臂梁的形变转换为模拟电压信号输出。

本发明一种可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置进一步的优化方案，所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱和组提带相接触的一侧做圆角平滑处理。

本发明一种可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置进一步的优化方案，还包含采集电路板，所述采集电路板固定在基座上，用于采集四臂应变全桥输出的模拟电压信号并将其转换为张力数据后进行存储。

本发明还公开了一种该可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置的张力测量方法，包含以下步骤：

步骤1），采用第一、第三固定螺柱将第一活动力柱的两端固定在第一、第三悬臂的插孔内，采用第二、第四固定螺柱将第二活动力柱的两端固定在第二、第四悬臂的插孔内，使得组提带从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出；

步骤2），当组提带两端受张力作用时，组提带受力绷直并对第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱施加压迫作用，从而迫使第一悬臂梁、第二悬臂梁产生弹性形变；

步骤3），粘贴于第一悬臂梁上的第一至第四应变片跟随第一悬臂梁产生形变，阻值变化，其组成的四臂应变全桥输出相应的模拟电压信号。

所述采集电路板包含主控芯片、调理电路、稳压模块、电源模块、以及SD卡存储模块等，以妥善处理并保存翼伞工作过程中的组提带张力数据。

在翼伞飞行测试结束后，取出采集电路板中保存数据的SD卡，送入上位机中读取出翼伞飞行全过程的组提带张力数据。采用这样的数据采集方式，所测量的张力数据不易丢包、遗漏，可保证张力数据稳定可靠，满足组提带张力测量的实时性要求。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 传感器采用非侵入式的设计，不破坏组提带结构，工字型结构设计简洁，便于加工，且系统整体尺寸更小，重量更轻，适用于翼伞的特殊工作需求，可参与翼伞的实际空投飞行测试；

2. 在翼伞下降过程中，组提带所受最大张力来自翼伞打开的瞬间，采用对称式的结构设计可有效分担这种瞬时大张力；

3. 工字型对称式结构在受力时四个悬臂上所产生的应变是相同的，可极大提高传感器线性度；

4. 组提带在空中绷紧瞬间会对传感器施加强作用力，导致力柱产生微弱的变形，使组提带与力柱间产生相对滑动，采用对称式四悬臂的设计可使传感器重心始终落在结构的中点处，从而让传感器受力更加均衡，组提带与力柱的贴合更加紧密，避免组提带与力柱间因重心偏移产生的相对滑动，进而提高测量的准确度；

5. 传感器在多次使用后，两侧受力柱可能发生微小的磨损，这样的磨损长久累积，可能会给张力的测量带来误差。采用可拆卸的插销式力柱，也就意味着力柱可更换，在传感器使用一段时间后更换一对新力柱，即可有效保证张力传感器的测量稳定性和准确度，同时提高张力传感器的耐用性。

附图说明

图1为本发明的爆炸结构示意图；

图2为本发明测量时第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱、组提带之间的结构示意图；

图3为本发明测量时力学仿真分析时的应力分布图；

图4为本发明中第一至第四应变片布置的结构示意图；

图5为本发明设置采集电路板后的结构示意图。

图中，1-第一悬臂梁，2-第二悬臂梁，3-固定力柱，4-第一悬臂，5-第二悬臂，6-第三悬臂，7-第四悬臂，8-第一活动力柱，9-第二活动力柱，10-第一固定螺柱，11-第二固定螺柱，12-第三固定螺柱，13-第四固定螺柱，14-翼伞的组提带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

根据翼伞组提带不可破坏的使用要求，为了避免传感器对组提带的破坏，本发明采用一种非侵入式结构的张力传感器。在不会破坏组提带强度的同时，测量原理不复杂，易于加工且测量精度较高。为了不影响开伞过程，传感器外表尽量光滑。翼伞在开伞及飞行过程中，传感器需始终附着于组提带上并实时测量张力，同时不得妨碍翼伞运动，且传感器不产生滑动及坠落风险，为实现这些要求，张力传感器尽量轻小。

如图1所示，本发明公开了一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置，包括基座、第一至第四悬臂、第一至第二活动力柱、第一至第四固定螺柱、以及第一至第四应变片；

所述基座呈工字形，包含固定力柱、第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁平行设置；所述固定力柱设置在第一悬臂梁、第二悬臂梁之间，固定力柱的一端和第一悬臂梁的中点垂直固连、另一端和第二悬臂梁的中点垂直固连；

所述第一悬臂梁的两端分别和第一悬臂、第二悬臂垂直固连，第二悬臂梁的两端分别和第三悬臂、第四悬臂垂直固连，使得第一至第四悬臂均位于基座的同一侧且均和基座所在平面垂直；

所述第一至第四悬臂上均设有平行于所述固定力柱的插孔；

所述第一活动力柱一端插入第一悬臂的插孔内、另一端插入第三悬臂的插孔内；第二活动力柱一端插入第二悬臂的插孔内、另一端插入第四悬臂的插孔内；

所述第一悬臂梁一端设有供所述第一固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第一通孔，另一端设有供所述第二固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第二通孔；所述第二悬臂梁一端设有供所述第三固定螺柱穿至第三悬臂插孔内的第三通孔，另一端设有供所述第四固定螺柱穿至第四悬臂插孔内的第四通孔；

所述第一活动力柱一端设有和所述第一通孔相配合的第一螺纹孔，另一端设有和所述第三通孔相配合的第三螺纹孔；所述第二活动力柱一端设有和所述第二通孔相配合的第二螺纹孔，另一端设有和所述第四通孔相配合的第四螺纹孔；

所述第一固定螺柱穿过第一通孔和第一螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的一端固定在第一悬臂的插孔内；所述第三固定螺柱穿过第三通孔和第三螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的另一端固定在第三悬臂的插孔内；所述第二固定螺柱穿过第二通孔和第二螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的一端固定在第二悬臂的插孔内；所述第四固定螺柱穿过第四通孔和第四螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的另一端固定在第四悬臂的插孔内；

所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱相互平行，用于使得从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出的组提带呈波浪状，如图4所示，进而将组提带的张力传导至第一悬臂梁、第二悬臂梁上，如图5所示；

所述第一至第四应变片结构相同，均设置在所述第一悬臂梁上，其中，第一应变片、第三应变片关于所述固定力柱对称设置且均垂直于所述固定力柱，第二应变片、第四应变片关于所述固定力柱对称设置且均平行于所述固定力柱；第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片依次首尾相连形成应变全桥，用于将第一悬臂梁的形变转换为模拟电压信号输出，如图4所示。

第一至第四应变片因其位置关系具有不同的应变状态，互相垂直的应变片应变状态不同，而平行的应变片应变状态相同。第一至第四应变片依次首尾相连形成四臂应变全桥，不同应变状态的应变片位于电桥邻边，相同状态的位于电桥对边。当传感器受到张力作用时，第一悬臂梁产生形变，应变全桥输出相应的模拟电压信号。

所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱和组提带相接触的一侧做圆角平滑处理。

如图5所示，本发明还进一步包含采集电路板，所述采集电路板固定在基座上，用于采集四臂应变全桥输出的模拟电压信号并将其转换为张力数据后进行存储。

本发明还公开了一种该可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置的张力测量方法，包含以下步骤：

步骤1），采用第一、第三固定螺柱将第一活动力柱的两端固定在第一、第三悬臂的插孔内，采用第二、第四固定螺柱将第二活动力柱的两端固定在第二、第四悬臂的插孔内，使得组提带从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出；

步骤2），当组提带两端受张力作用时，组提带受力绷直并对第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱施加压迫作用，从而迫使第一悬臂梁、第二悬臂梁产生弹性形变；

步骤3），粘贴于第一悬臂梁上的第一至第四应变片跟随第一悬臂梁产生形变，阻值变化，其组成的四臂应变全桥输出相应的模拟电压信号。

所述采集电路板包含主控芯片、调理电路、稳压模块、电源模块、SD卡存储模块等，以妥善处理并保存翼伞工作过程中的组提带张力数据。

在翼伞飞行测试结束后，取出采集电路板中保存数据的SD卡，送入上位机中读取出翼伞飞行全过程的组提带张力数据。采用这样的数据采集方式，所测量的张力数据不易丢包、遗漏，可保证张力数据稳定可靠，满足组提带张力测量的实时性要求。

本发明采用分体式结构便于传感器在翼伞组提带上的安装及拆卸，非侵入式的设计不会破坏组提带结构。基座呈工字型，第一至第四悬臂具备高度对称性，使得传感器受力平均，提高测量准确度，在满足组提带大量程张力测量要求的同时，传感器可做到尺寸更小，重量更轻，更加适合翼伞的特殊工作需求，可参与翼伞的实际空投测试。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可拆卸工型对称式翼伞组提带张力传感器装置，其特征在于，包括基座、第一至第四悬臂、第一至第二活动力柱、第一至第四固定螺柱、以及第一至第四应变片；

所述基座呈工字形，包含固定力柱、第一悬臂梁和第二悬臂梁，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁平行设置；所述固定力柱设置在第一悬臂梁、第二悬臂梁之间，固定力柱的一端和第一悬臂梁的中点垂直固连、另一端和第二悬臂梁的中点垂直固连；

所述第一悬臂梁的两端分别和第一悬臂、第二悬臂垂直固连，第二悬臂梁的两端分别和第三悬臂、第四悬臂垂直固连，使得第一至第四悬臂均位于基座的同一侧且均和基座所在平面垂直；

所述第一至第四悬臂上均设有平行于所述固定力柱的插孔；

所述第一活动力柱一端插入第一悬臂的插孔内、另一端插入第三悬臂的插孔内；第二活动力柱一端插入第二悬臂的插孔内、另一端插入第四悬臂的插孔内；

所述第一悬臂梁一端设有供所述第一固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第一通孔，另一端设有供所述第二固定螺柱穿至第一悬臂插孔内的第二通孔；所述第二悬臂梁一端设有供所述第三固定螺柱穿至第三悬臂插孔内的第三通孔，另一端设有供所述第四固定螺柱穿至第四悬臂插孔内的第四通孔；

所述第一活动力柱一端设有和所述第一通孔相配合的第一螺纹孔，另一端设有和所述第三通孔相配合的第三螺纹孔；所述第二活动力柱一端设有和所述第二通孔相配合的第二螺纹孔，另一端设有和所述第四通孔相配合的第四螺纹孔；

所述第一固定螺柱穿过第一通孔和第一螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的一端固定在第一悬臂的插孔内；所述第三固定螺柱穿过第三通孔和第三螺纹孔螺纹相连，将第一活动力柱的另一端固定在第三悬臂的插孔内；所述第二固定螺柱穿过第二通孔和第二螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的一端固定在第二悬臂的插孔内；所述第四固定螺柱穿过第四通孔和第四螺纹孔螺纹相连，将第二活动力柱的另一端固定在第四悬臂的插孔内；

所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱相互平行，用于使得从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出的组提带呈波浪状，将组提带的张力传导至第一悬臂梁、第二悬臂梁上；

所述第一至第四应变片结构相同，均设置在所述第一悬臂梁上，其中，第一应变片、第三应变片关于所述固定力柱对称设置且均垂直于所述固定力柱，第二应变片、第四应变片关于所述固定力柱对称设置且均平行于所述固定力柱；第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片依次首尾相连形成四臂应变全桥，用于将第一悬臂梁的形变转换为模拟电压信号输出。

2.根据权利要求1所述的可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置，其特征在于，所述第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱和组提带相接触的一侧做圆角平滑处理。

3.根据权利要求1所述的可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置，其特征在于，还包含采集电路板，所述采集电路板固定在基座上，用于采集四臂应变全桥输出的模拟电压信号并将其转换为张力数据后进行存储。

4.基于权利要求1所述的可拆卸工型对称式组提带张力传感器装置的张力测量方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），采用第一、第三固定螺柱将第一活动力柱的两端固定在第一、第三悬臂的插孔内，采用第二、第四固定螺柱将第二活动力柱的两端固定在第二、第四悬臂的插孔内，使得组提带从第一活动力柱和固定力柱之间穿入且从固定力柱、第二活动力柱之间穿出；

步骤2），当组提带两端受张力作用时，组提带受力绷直并对第一活动力柱、固定力柱、第二活动力柱施加压迫作用，从而迫使第一悬臂梁、第二悬臂梁产生弹性形变；

步骤3），粘贴于第一悬臂梁上的第一至第四应变片跟随第一悬臂梁产生形变，阻值变化，其组成的四臂应变全桥输出相应的模拟电压信号。

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